(57)【要約】【課題】  スワールと吸気流量との両立を図りつつ、シリンダ内燃焼室の無駄容積を可能な限り小さくすることができる内燃機関の吸気構造を提供する。【解決手段】  シリンダヘッド２の下面２Ａに開口する吸気ポート４の出口４Ａをポペット弁からなる吸気弁６で開閉する内燃機関の吸気構造において、前記吸気弁６の弁軸１０の上端側が下端側よりもシリンダ内スワール方向Ｓ下流側に位置するように前記吸気弁６を傾斜して配置する。吸気弁６の開弁時、吸気ポート４の出口４Ａがスワール方向Ｓの上流側よりも下流側の方でシリンダ１内に大きく開放し、吸気ポートから流出する吸気はスワール方向Ｓ上流側には流れ難くなる。これによってシリンダ内スワールを打ち消すような流れの発生を抑止できる。吸気弁６と出口４Ａとを傾斜するだけなのでシリンダヘッド下面の窪みが小さくなり、燃焼室の無駄容積を小さくすることが可能となる。【選択図】  図３
2006342746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドの下面に開口する吸気ポートの出口をポペット弁からなる吸気弁で開閉する内燃機関の吸気構造において、
前記吸気弁の弁軸の上端側が下端側よりもシリンダ内スワール方向下流側に位置するように前記吸気弁を傾斜して配置したことを特徴とする内燃機関の吸気構造。
【請求項２】
前記吸気ポートと前記吸気弁とが１気筒当たりに複数ずつ設けられ、そのうち少なくともシリンダ内スワール方向下流側に位置される吸気弁が傾斜して配置されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気構造。
【請求項３】
前記傾斜配置された吸気弁に対応する前記吸気ポートの出口に対し、シリンダ内スワール方向上流側に位置する前記シリンダヘッドの下面に座ぐり部が設けられることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の吸気構造。
【請求項４】
前記吸気ポートがヘリカルポートであることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の内燃機関の吸気構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の吸気構造に係り、特に、スワールと吸気流量との同時確保を図った内燃機関の吸気構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に内燃機関においては、燃焼効率を向上させるためにシリンダ内にスワールを生成することが行われる。一方、充填効率の観点から、シリンダ内に流入する吸気の流量を多くすること、例えば吸気ポートの流量係数を高くすることが望まれている。通常、これら二者の関係はトレードオフの関係にあり、即ち、スワール（又はスワール比）を増加するとシリンダ内への吸気流量が減少し、逆に吸気流量を増加するとスワールが減少する。従ってこれらの両立を図ることが以前より要請されている。
【０００３】
また、充填効率を向上するため、吸気ポートを複数設けることが知られている。この場合、各吸気ポートから流出された吸気間の相互干渉が問題となり、一方の吸気ポートから流出された順スワール方向の吸気の流れを他方の吸気ポートから流出された吸気の流れで打ち消してしまうことがある。
【０００４】
例えば、吸気ポートとしてヘリカルポートを採用し、これを１気筒当たりに二つ並列に配置した場合、一方の吸気ポートから流出された順スワール方向の吸気の流れを他方の吸気ポートから流出された逆スワール方向の吸気の流れで打ち消してしまい、スワール生成成分が弱められてしまう。これは、吸気弁がポペット弁からなる場合、吸気弁の全周から吸気が流出するためであり、従って逆スワール方向に流出する吸気の流れが発生し、これが他方の吸気ポートから流出する順スワール方向の流れと干渉する。
【０００５】
この問題を解消するため、例えば特許文献１には、一方の吸気弁を他方の吸気弁に対してシリンダヘッド側に沈ませて、両吸気弁を異なる高さに設置し、その沈ませた側の吸気弁と他の吸気弁との境界部に、両吸気弁の段差に相当する壁を設け、沈ませた側の吸気弁を通過して流出する吸気流を壁に沿って流し、他の吸気弁からのスワール流との干渉を回避することが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】実開昭６２−１１１９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、このような両吸気弁を高さ違いに設置する構造だと、吸気弁が沈まされる側（つまり高い位置に設置される吸気弁側）では、シリンダヘッド下面に大きな窪みができてしまい、例えばディーゼルエンジンなどのシリンダ内燃焼室の無駄容積を嫌う内燃機関では、そのような大きな窪みが無駄容積増加の原因となり、好ましくないばかりか、最悪適用不可となる虞がある。
【０００８】
そこで、本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、スワールと吸気流量との両立を図りつつ、さらにシリンダ内燃焼室の無駄容積を可能な限り小さくすることができる内燃機関の吸気構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため本発明の一形態は、シリンダヘッドの下面に開口する吸気ポートの出口をポペット弁からなる吸気弁で開閉する内燃機関の吸気構造において、前記吸気弁の弁軸の上端側が下端側よりもシリンダ内スワール方向下流側に位置するように前記吸気弁を傾斜して配置したことを特徴とする。
【００１０】
このように吸気弁を傾斜して配置すると、吸気弁の開弁時、吸気ポートの出口がスワール方向の上流側よりも下流側の方でシリンダ内に大きく開放するようになる。よって吸気ポートから流出する吸気は、スワール方向の上流側よりもむしろ下流側の方に向かって積極的に流れるようになり、スワール方向上流側には流れ難くなる。これによってシリンダ内スワールを打ち消すような流れの発生を抑制でき、スワールと吸気流量との両立を図ることができる。また、吸気弁を傾斜させ、これに応じて吸気ポートの出口の向きを傾斜させるだけなので、吸気弁の傾斜に起因してできるシリンダヘッド下面の窪みを、小さいか或いは皆無とすることができる。これによりシリンダ内燃焼室の無駄容積を小さくすることが可能となる。
【００１１】
ここで、前記吸気ポートと前記吸気弁とが１気筒当たりに複数ずつ設けられてもよく、この場合、少なくともシリンダ内スワール方向下流側に位置される吸気弁が傾斜して配置されるのが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、スワール方向下流側の吸気ポートからスワール方向上流側に向かう流れが前述の如く抑制されるので、この流れが、スワール方向上流側の吸気ポートからスワール方向下流側に向かう流れと干渉することを回避でき、高スワールを確保可能となる。
【００１３】
また、好ましくは、前記傾斜配置された吸気弁に対応する前記吸気ポートの出口に対し、シリンダ内スワール方向上流側に位置する前記シリンダヘッドの下面に座ぐり部が設けられる。
【００１４】
かかる座ぐり部を設けると、スワール方向上流側に向かって流出する吸気ポートの流れを、座ぐり部によって反対側に向きを変え、スワール方向に案内することができる。これによって高スワールの確保が可能となる。また、ポート全体としての有効出口面積を増大することができ、流量増加を図ることが可能となる。
【００１５】
前記吸気ポートはヘリカルポートであってもよい。これによりシリンダ内スワールの生成に好適な螺旋状の流れを吸気ポート内で生成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、スワールと吸気流量との両立を図りつつ、さらにシリンダ内燃焼室の無駄容積を可能な限り小さくすることができるという、優れた効果が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１には本実施形態に係る内燃機関の吸気構造を平面視で示す。また図２には図１のII矢示図（＋ｙ方向に見たときの立面図）を示す。これら図は概略的に示した透視図である。本実施形態の内燃機関はディーゼルエンジンであるが、本発明はガソリンエンジン等の他の形式の内燃機関にも適用可能である。
【００１９】
図中、１はシリンダ、２はシリンダヘッド、３及び４は吸気ポート、５及び６は吸気弁、７は排気弁、８は燃料噴射ノズルである。また図１において、紙面左右方向に伸びるｘ軸方向がクランク軸方向であり、紙面上下方向に伸びるｙ軸方向がクランク軸方向と垂直な方向（以下単に垂直方向という）であり、紙面厚さ方向に伸びるｚ軸方向が高さ方向である。図には１気筒しか示されていないが、内燃機関は当然多気筒であってもよい。Ｓがシリンダ１内に形成されるスワールの方向である。このスワール方向Ｓにおいて、一方の吸気ポート３及び吸気弁５は他方の吸気ポート４及び吸気弁６よりも上流側に位置される。従って一方の吸気ポート３及び吸気弁５を「上流側吸気ポート３」及び「上流側吸気弁５」と称し、他方の吸気ポート４及び吸気弁６を「下流側吸気ポート４」及び「下流側吸気弁６」と称する。このように、本実施形態では吸気ポート及び吸気弁が二つずつ設けられる。同様に排気ポート（図示せず）及び排気弁７も二つずつ設けられ、燃料噴射ノズル８の周囲に４弁を配した４バルブエンジンが構成されている。なお燃料噴射ノズル８はシリンダ軸心に沿って配置され、当該シリンダ軸心を原点或いはｚ軸とした場合、吸気弁は−ｙ側に、排気弁は＋ｙ側にそれぞれ配置される。
【００２０】
上流側吸気ポート３及び下流側吸気ポート４はシリンダヘッド２の内部に区画形成され、クランク軸方向ｘに離間して並列されると共に垂直方向ｙに伸びている。各吸気ポートの出口は上流側吸気弁５及び下流側吸気弁６によってそれぞれ開閉される。
【００２１】
図２及び図３に示されるように、上流側吸気弁５及び下流側吸気弁６は配置方法が異なる以外は同様の構成であり、それぞれポペット弁からなり、弁軸９と、その下端に同軸且つ一体に設けられた略円錐状の弁体１０とを有してなる。上流側吸気弁５及び下流側吸気弁６は図示しないカムシャフト及びバルブスプリング等によって弁軸９の軸方向に同時に昇降駆動され、上流側吸気ポート３及び下流側吸気ポート４の出口３Ａ及び４Ａを同時に開閉する。なお上流側吸気弁５及び下流側吸気弁６は上流側吸気ポート３及び下流側吸気ポート４の出口３Ａ及び４Ａを所定の時間差をもって開閉してもよく、これを可能にするための機構を設けてもよい。上流側吸気ポート３及び下流側吸気ポート４の出口３Ａ及び４Ａは、シリンダヘッド２の下面２Ａに開口すると共に、そのシリンダヘッド２の下面部に嵌合固定されたバルブシート１１及び１２によって画定される。そして吸気弁の閉弁時には上流側吸気弁５及び下流側吸気弁６の弁体１０，１０がバルブシート１１及び１２に着座し、吸気弁の開弁時には上流側吸気弁５及び下流側吸気弁６の弁体１０，１０がバルブシート１１及び１２から下方に離間する。
【００２２】
上流側吸気ポート３及び下流側吸気ポート４はヘリカルポートである。なお図４には上流側の構成のみ示す。上流側吸気ポート３及び下流側吸気ポート４は、シリンダヘッド２の側面に開口する入口３Ｂ及び４Ｂから、対応する吸気弁５，６付近まで略直線状或いは緩やかな曲線状に伸びる上流区間１３と、上流区間１３及び出口３Ａ及び４Ａを結び、吸気弁５，６の弁軸９に巻き付くように曲がった形状を有する下流区間１４とを有する。これにより上流側吸気ポート３及び下流側吸気ポート４内における吸気の流れは、下流区間１４において螺旋状となって下方の出口３Ａ及び４Ａに向かい、回転成分を有したまま、吸気弁５，６の弁体１０，１０の上面（バルブフェース）１０Ａ，１０Ａに案内されて放射状にシリンダ（燃焼室）１内に流出する流れとなる。下流区間１４の曲り方向はスワール方向Ｓと同一なので、シリンダ内に流出する吸気流もスワール方向Ｓと同一方向の回転成分をもっており、これがシリンダ内スワールを生じさせる。
【００２３】
ここで、図２に示されるように、上流側吸気弁５は高さ方向ｚに沿って配置されており、即ちその弁軸９は高さ方向ｚに平行である。なおシリンダヘッド下面２Ａは少なくとも図示される吸気弁５，６付近では一定の高さ方向ｚの位置にあり、即ち水平であり、弁軸９の軸方向と垂直である。
【００２４】
これに対し、下流側吸気弁６は傾斜して配置されており、特に、その弁軸９の上端側（弁体１０から遠い側）が下端側（弁体１０に近い側）よりもスワール方向Ｓ下流側に位置するように傾斜して配置されている。図５に詳細に示されるように、本実施形態においては、下流側吸気弁６の弁軸９の下端側の所定位置を９Ｌ、同上端側の所定位置を９Ｕとした場合、下端側の所定位置９Ｌに対し上端側の所定位置９Ｕが−ｘ側にずれるように、下流側吸気弁６が傾斜されている。つまり下流側吸気弁６はｙ軸に平行な軸回りに回転されて傾斜されている。このときのｚ軸方向に対する傾斜角度を図２にαで示す。言い換えれば下流側吸気弁６は、その弁軸９の上端側が他方の上流側吸気弁５から離れるように傾斜されている。この傾斜の結果、下端側の所定位置９Ｌが存在する角度位置θ９Ｌよりも、上端側の所定位置９Ｕが存在する角度位置θ９Ｕの方が、スワール方向Ｓに関して下流側となる。
【００２５】
なお、この傾斜については、要するに、弁軸９の上端側が下端側よりもスワール方向Ｓ下流側に位置されていればどのような態様でもよく、例えば図５に示されるように、下端側の所定位置９Ｌと同一半径上のスワール方向Ｓ下流側の角度位置θ９Ｕ‘に上端側の所定位置９Ｕ’が存在するようにしてもよい。
【００２６】
図２に示されるように、上流側バルブシート１１及び下流側バルブシート１２は、シリンダヘッド２の下端部に、それら下面が露出して配置されると共に、少なくとも一部がシリンダヘッド下面２Ａと略面一になるよう配置されている。上流側バルブシート１１を設けるに当たっては、シリンダヘッド下面２Ａに下方から＋ｚ方向にカッタを挿入してバルブシート嵌合穴を形成し、このバルブシート嵌合穴に上流側バルブシート１１を圧入等により取り付ける。従って上流側バルブシート１１の軸心方向、即ち出口３Ａの軸心方向は、ｚ軸に平行である。これに対し、下流側バルブシート１２を設けるに当たっては、シリンダヘッド下面２Ａに下方から、＋ｚ方向に対し角度αだけ傾斜させてカッタを挿入し、これによって形成されたバルブシート嵌合穴に下流側バルブシート１２を圧入等により取り付ける。従って下流側バルブシート１２の軸心方向、即ち出口４Ａの軸心方向は、ｚ軸に対し角度αだけ傾斜される。また、バルブシート嵌合穴の加工の結果として、下流側バルブシート１２の下方且つ上流側吸気弁５側には小さな壁面１５が形成される。
【００２７】
以上の構成からなる本実施形態の吸気構造について作用を説明すると、図３に示されるような上流側吸気弁５及び下流側吸気弁６の開弁時、上流側吸気ポート３及び下流側吸気ポート４の上流区間１３を流れてきた吸気は、下流区間１４においてスワール方向Ｓと同一方向に旋回する螺旋状の流れとなり、出口３Ａ及び４Ａ、より詳細には各吸気弁５，６の弁体１０，１０とバルブシート１１，１２との間の開口部から、シリンダ１内に流出する。このとき上流側吸気ポート３から流出する流れは上流側吸気弁５の全周方向から均等にシリンダ１内に流出する。
【００２８】
しかしながら、下流側吸気ポート４から流出する流れは、スワール方向Ｓの上流側よりもむしろ下流側の方に、即ち上流側吸気弁５側とは反対の方向により積極的に流れるようになり、上流側吸気弁５側には流れ難くなる。これは、下流側吸気弁６を前述のように傾斜させた結果、下流側吸気ポート４の出口４Ａがスワール方向Ｓの上流側よりも下流側の方でシリンダ１内に大きく開放するようになるためであり、言い換えれば、下流側吸気ポート４のバルブシート１２と下流側吸気弁６の弁体１０との間の開口部が、スワール方向Ｓの上流側では小さく、スワール方向Ｓの下流側では大きく、シリンダ１内に開放するためである。また、壁面１５によって上流側に向かう流れが阻止されるためである。こうして結局、下流側吸気ポート４から流出する吸気は、下流側吸気弁６の弁体１０の傾斜された上面１０Ａに案内されて、スワール方向Ｓ下流側に向かって斜め下方向に流出するようになる。なお下流側吸気弁６は、言い換えれば、その開弁時に形成されるスワール方向Ｓ下流側の開口部が上流側の開口部より大きくなるように傾斜されていることになる。
【００２９】
このことによって、上流側吸気ポート３から流出する流れと下流側吸気ポート４から流出する流れとの干渉を回避でき、二つのヘリカルポートでできたスワール生成流の勢いを落とすことなくシリンダ内スワールの生成に活用でき、高いスワール比の実現が可能となる。また当然、二つの吸気ポートが設けられるのでシリンダ１内への吸気流量を増加すると共に高い流量係数を確保可能であり、これによりスワールと吸気流量との両立が可能となる。
【００３０】
さらに、図３に示されるように、下流側吸気弁６の弁体１０の傾斜された下面１０Ｂで、上流側吸気ポート３から流れてきた流れＦ３をシリンダ１内に向けて案内することができ、また、その流れＦ３が下流側吸気弁６の弁体１０の上面１０Ａに沿って下流側吸気ポート４内に逆流することが防止される。この観点から、下流側吸気弁６の開弁時、下流側吸気弁６の弁体１０のスワール方向Ｓ上流側の端縁がシリンダヘッド下面２Ａより上方にあるか、又はシリンダヘッド下面２Ａと略同一の高さ位置にあるのが好ましい。
【００３１】
特に、図２に示されるように、下流側吸気弁６の閉弁時にその下方にできるシリンダヘッド下面２Ａの窪み１７は、断面三角形状の小さな窪み１７である。これによって無駄容積を最小限に抑制することができ、とりわけディーゼルエンジンのシリンダ内燃焼室形状として好適となる。
【００３２】
次に、他の実施形態について説明する。前記実施形態は二つの吸気弁のうち一方を傾斜させるものであった。これに対し、図６に示される他の実施形態では、両方の吸気弁５，６が同様に傾斜されている。スワール方向上流側の吸気ポート３及び吸気弁５の構成は、前記実施形態同様のスワール方向下流側の吸気ポート４及び吸気弁６の構成と同様である。これによっても両ポート間の吸気干渉が防止され、高いスワール比と多くの吸気流量とが同時に確保できる。また、上流側にできる窪み１７‘も小さいものであるから、無駄容積の増加を最小限に止めることができる。
【００３３】
図７及び図８に示されるさらに他の実施形態においては、基本構成が図２等に示された前記実施形態と同様であり、且つ、スワール方向Ｓ下流側の出口４Ａに対応するシリンダヘッド２の下面２Ａに座ぐり部１９が設けられている。座ぐり部１９は、出口４Ａに対してスワール方向Ｓ上流側に位置され、本実施形態では三日月状に形成されている。なお座ぐり部１９の形状は任意である。
【００３４】
これによれば、上流側吸気弁５（或いは逆スワール方向）に向かって流出する下流側吸気ポート４の流れを、座ぐり部１９によって向きを変え、スワール方向Ｓに案内することができる。即ち、図８に示されるように、下流側吸気ポート４から流出する流れの中には逆スワール方向に向かうものも存在するが、かかる座ぐり部１９を設けたことで、その逆スワール方向に向かう流れを順スワール方向に向かう流れへと向きを変えることができる。このことによってポート間の吸気干渉が抑制される。
【００３５】
ところで、前記実施形態では、図３に示されたように、吸気弁開弁時の下流側吸気弁６と壁面１５との隙間が狭く、これは逆スワール方向への流れ抑制には好適であるものの、ポート全体としての有効出口面積を減少し、流量増加を図れなくなる可能性がある。しかし本実施形態のように座ぐり部１９を設ければ、逆スワール方向への流れを依然として抑制しつつ、ポート全体としての有効出口面積を増大することができ、流量増加を図ることが可能となる。
【００３６】
なお、本発明の実施形態は以上の実施形態のみに限らない。例えば以上の実施形態では二つの吸気弁とこれらに対応する二つの吸気ポートとを備えたが、傾斜配置された吸気弁とこれに対応する一つの吸気ポートのみを備える実施形態も可能である。これにおいても逆スワール方向への吸気流出を阻止することによる高スワールの確保が可能である。また以上の実施形態では吸気ポートがヘリカルポートであったが、本発明はヘリカルポート以外の吸気ポートにも適用可能である。
【００３７】
本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の吸気構造を示す概略平面図である。
【図２】図１のII矢示図であり、吸気弁の閉弁状態を示す。
【図３】図１のII矢示図であり、吸気弁の開弁状態を示す。
【図４】ヘリカルポートとしての上流側吸気ポートと、上流側吸気弁とを示す概略斜視図である。
【図５】下流側吸気弁の弁軸の下端側の所定位置と上端側の所定位置との位置関係を示す概略平面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る内燃機関の吸気構造を示し、図１のII矢示に相当する図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態に係る内燃機関の吸気構造を示し、図１のII矢示に相当する図である。
【図８】図７の下流側吸気ポートの出口を下面視したときの図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  シリンダ
２  シリンダヘッド
２Ａ  シリンダヘッドの下面
３  上流側吸気ポート
３Ａ  上流側吸気ポートの出口
４  下流側吸気ポート
４Ａ  下側側吸気ポートの出口
５  上流側吸気弁
６  下流側吸気弁
９  弁軸
９Ｌ  下流側吸気弁の弁軸の下端側の所定位置
９Ｕ  下流側吸気弁の弁軸の上端側の所定位置
１０  弁体
１９  座ぐり部
Ｓ  スワール方向
α  傾斜角度
【図１】
2006342746.tif 000003
【図２】
2006342746.tif 000004
【図３】
2006342746.tif 000005
【図４】
2006342746.tif 000006
【図５】
2006342746.tif 000007
【図６】
2006342746.tif 000008
【図７】
2006342746.tif 000009
【図８】
2006342746.tif 000010