(57)【要約】【課題】気筒１２内に強いスワール流Ｓを生成することができるようにする。【解決手段】共通の気筒１２に開口した２つの吸気ポートのうちの第１吸気ポート１３をスワール流生成ポートとし、第２吸気ポート１４は吸気をスワール流と同じ回転方向の旋回流Ｃにして気筒１２に流入させるポートとする。第２吸気ポート１４の開口部周縁におけるスワール流上流側に対応する側に、吸気が気筒１２の下死点側に向かうように案内する開口角度が小さくなった案内面２５ａを設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々共通の気筒に開口した開口部を有する第１吸気ポートと第２吸気ポートを備えるエンジンのシリンダヘッドであって、
上記第１吸気ポートは、上記気筒内において吸気が該気筒軸まわりに旋回するスワール流を生成するように上記気筒に開口し、
上記第２吸気ポートは、吸気を上記スワール流と同じ回転方向の旋回流にして上記気筒に流入させる旋回流生成部を有し、
上記第２吸気ポートは、上記開口部の周縁の、上記スワール流の上流側に対応する側に、該スワール流の下流側に対応する側よりも、該第２吸気ポートの開口面に垂直な中心線となす開口角度が小さくなった部分を備えていることを特徴とするエンジンのシリンダヘッド。
【請求項２】
請求項１において、
上記第２吸気ポートは、上記旋回流生成部として、上記第１吸気ポート側から該第２吸気ポートの上記開口面に垂直な中心線まわりを湾曲しながら上記第１吸気ポートの反対側に向かって上記開口部に続く内壁面を有するヘリカル部を備え、
さらに、上記第２吸気ポートは、上記ヘリカル部よりも上流側に設けられ、吸気を上記ヘリカル部の上記第１吸気ポート側の内壁面に向かうように案内する、上記第１吸気ポートから離れる方向に凸になるように湾曲した湾曲部を備えていることを特徴とするエンジンのシリンダヘッド。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
上記第１吸気ポートは、上記開口部の周縁の、上記スワール流を生成するように吸気が流れていく側に、その反対側よりも、該第１吸気ポートの開口面に垂直な中心線となす開口角度が大きくなった部分を備えていることを特徴とするエンジンのシリンダヘッド。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
上記第１吸気ポート及び上記第２吸気ポートは、シリンダヘッドの側面に開口した１つの共通ポートより二手に分岐して上記気筒まで延びていることを特徴とするエンジンのシリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンのシリンダヘッドに関し、より詳しくはシリンダヘッドの吸気ポート構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの気筒に２つの吸気ポートを設けること、そして、その一方の吸気ポートをタンジェンシャルポートとし、他方の吸気ポートをヘリカルポートとすることは一般に知られている。
【０００３】
特許文献１には、タンジェンシャルポートとヘリカルポートの２つの吸気ポートによって気筒内にスワール流を生成すること、並びにタンジェンシャルポートから流出する吸気に対して回転成分を付与する円筒部材を該ポートの上流部分に設けることが記載されている。タンジェンシャルポートから流出する吸気に回転成分を与えることにより、気筒内周面付近において吸気の流れに乱れを生じさせ、気筒壁面からの放熱を抑制するというものである。
【０００４】
特許文献２には、気筒に開口する吸気ポートの開口部周縁を面取りして錐面状にすること、すなわち、吸気ポートの開口部を口径が漸次拡大して開口したテーパ状開口部とすることが記載されている（図１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１９６１３号公報
【特許文献２】特開２０００−６４８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
エンジンの気筒内にスワール流を生成すると、燃料と吸気（空気）の混合を促進する上で有利になる。このスワール流の生成には吸気ポートの形状だけでなく、吸気ポートの長さも重要な役割を果たす。すなわち、吸気ポートが長くなるほど、吸気が気筒に流入するまでの助走距離が長くなるため、吸気の流速が増し、強いスワール流を生成することができる。
【０００７】
しかし、エンジンの設計上、吸気ポートの長さの確保が難しくなるケースがある。例えば、シリンダヘッドの側面に開口した１つの共通ポートから２つの吸気ポートを分岐させて各気筒まで延設するケースである。このケースでは、シリンダヘッドの側面から気筒に至るまで完全に独立させた吸気ポートに比べて、吸気の助走距離が実質的に短くなる。共通ポートは、通路断面積が大きいことから、吸気を助走させる効果が大きくないためである。そのため、気筒内に所期の強いスワール流を生成することが難しくなる。
【０００８】
上述の如き共通ポートが設けられるのは例えば次のような場合である。すなわち、シリンダヘッド上のコモンレールに設ける一方、燃料ポンプをシリンダブロック側に設け、吸気ポートが開口するシリンダヘッドの側面に燃料ポンプとコモンレールを結ぶ燃料配管をする場合である。この場合、燃料供給管や燃料戻し管を相隣る吸気ポートの開口部の間に通す必要があるところ、独立吸気ポートにすると、そのポートの開口に場所をとられ、配管スペースを確保することが難しくなる。そのため、各気筒に繋がる２つの吸気ポートの入口を１つにして、つまり、共通ポート方式として、配管スペースを確保するものである。そして、このような場合、上述の如く吸気ポートの助走距離が実質的に短くなって強いスワール流を生成することが難しくなるものである。
【０００９】
そこで、本発明は、短い助走距離でも強いスワール流を生成することができるようにする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を、気筒に向かって開口した吸気ポートの開口部周縁の開口角度に着目して解決した。
【００１１】
ここに開示するエンジンのシリンダヘッドは、各々共通の気筒に開口した開口部を有する第１吸気ポートと第２吸気ポートを備え、
上記第１吸気ポートは、上記気筒内において吸気が該気筒軸まわりに旋回するスワール流を生成するように上記気筒に開口し、
上記第２吸気ポートは、吸気を上記スワール流と同じ回転方向の旋回流にして上記気筒に流入させる旋回流生成部を備え、
さらに、上記第２吸気ポートは、上記開口部の周縁の、上記スワール流の上流側に対応する側に、該スワール流の下流側に対応する側よりも、該第２吸気ポートの開口面に垂直な中心線となす開口角度が小さくなった、上記気筒への吸気の流入方向を案内する案内面を備えていることを特徴とする。
【００１２】
これによれば、上記開口角度の設定により、第２吸気ポートの開口部周縁の、スワール流の上流側に対応する側からは、吸気が上記案内面に案内されて気筒の下死点側に向かって流入する。よって、第２吸気ポートから気筒に流入する吸気によって上記スワール流が打ち消されることが抑制される。また、第２吸気ポートからは吸気が旋回流となって気筒に流入するところ、上述の案内面の開口角度の設定により、この第２吸気ポートから気筒に流入する吸気はその開口部の直下で旋回するようになる。よって、この第２吸気ポートによる旋回流によって第１吸気ポートによるスワール流が強化される。
【００１３】
一実施形態では、上記第２吸気ポートは、上記旋回流生成部として、上記第１吸気ポート側から該第２吸気ポートの上記開口面に垂直な中心線まわりを湾曲しながら上記第１吸気ポートの反対側に向かって上記開口部に続く内壁面を有するヘリカル部を備え、
さらに、上記第２吸気ポートは、上記ヘリカル部よりも上流側に設けられ、吸気を上記ヘリカル部の上記第１吸気ポート側の内壁面に向かうように案内する、上記第１吸気ポートから離れる方向に凸になるように湾曲した湾曲部を備えている。
【００１４】
これによれば、第２吸気ポートを流れる吸気は、湾曲部によってヘリカル部の第１吸気ポート側の内壁面に向かうように案内されるから、ヘリカル部による旋回流の生成が強化される。よって、気筒内に強いスワール流を生成する上で有利になる。
【００１５】
一実施形態では、上記第１吸気ポートは、上記開口部の周縁の、上記スワール流を生成するように吸気が流れていく側に、その反対側よりも、該第１吸気ポートの開口面に垂直な中心線となす開口角度が大きくなった、上記気筒への吸気の流入方向を案内する案内面を備えている。
【００１６】
これによれば、第１吸気ポートからスワール流の下流側に向かって気筒に流入する吸気の流れが強くなるから、スワール流の強化に有利になる。
【００１７】
一実施形態では、上記第１吸気ポート及び上記第２吸気ポートは、シリンダヘッドの側面に開口した１つの共通ポートより二手に分岐して上記気筒まで延びている。
【００１８】
このように共通ポートから２つの吸気ポートを分岐させることにより吸気の助走距離が短くなるケースにおいて、上述の如き第２吸気ポートの開口角度の設定によるスワール流の強化が特に有用になる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、共通の気筒に開口した２つの吸気ポートのうちの第１吸気ポートをスワール流生成ポートとし、第２吸気ポートは吸気をスワール流と同じ回転方向の旋回流にして上記気筒に流入させるポートとし、第２吸気ポートの開口部周縁におけるスワール流上流側に対応する側にスワール流下流側に対応する側よりも開口角度が小さくなった吸気の流入方向を案内する案内面を設けたから、スワール流を強化することができ、吸気と燃料の混合性向上に有利になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】エンジンの正面図。
【図２】吸気ポートの構造を示す説明図（平面図）。
【図３】吸気ポートの構造を示すシリンダヘッドの横断面図。
【図４】吸気ポート構造を示す斜視図。
【図５】吸気ポートの構造を示すシリンダヘッドの一部断面にした斜視図。
【図６】吸気ポートの構造を示す縦断面図。
【図７】気筒内からシリンダヘッドの下面を見て吸気ポートの開口部形状を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。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。
【００２２】
図１において、１は自動車用の直列多気筒ディーゼルエンジンのシリンダヘッド、２はシリンダブロック、３はシリンダブロックロアである。シリンダヘッド１の側面に４つの気筒各々に吸気を導入する４つの共通ポート４が気筒列方向に間隔をおいて開口している。各共通ポート４から２本の吸気ポートが分岐して各気筒まで延びている。図示は省略しているが、シリンダヘッド１の側面に上記４つの共通ポート４に連通するサージタンクが結合される。
【００２３】
シリンダヘッド１の上には気筒列方向に延びる２本のコモンレール５が直列に配設されている。一方のコモンレール５は片側２つの気筒各々のための燃料噴射弁に供給する高圧燃料を蓄えるものであり、他方のコモンレール５は残り２つの気筒各々のための燃料噴射弁に供給する高圧燃料を蓄えるものである。２本コモンレール５に燃料を供給する燃料ポンプ６はシリンダブロック１の側面に固定されている。
【００２４】
燃料ポンプ６から燃料供給管７がシリンダブロック２の側面に固定された中継部８を介して一方のコモンレール５の端部に設けられた分配部９まで延びている。この分配部９から２本のコモンレール５に燃料が分配される。また、２本のコモンレール５各々から燃料戻し管１１が燃料ポンプ６まで延びている。
【００２５】
燃料供給管７及び燃料戻し管１１各々は、その配管が長くなることを避けるべく、相隣る２つの共通ポート４の開口部間に対応する部位を通るように、シリンダヘッド１の側面に配管されている。
【００２６】
ここに、本実施形態のエンジンでは、排気バルブ側に電動式ＶＶＴ（可変バルブタイミング機構）を採用している。この場合、排気バルブを駆動する排気側カムシャフトによって負荷が大きい燃料ポンプを駆動すると、電動モータによるＶＶＴの作動制御が不安定になる。そこで、本実施形態では、燃料ポンプ６を排気側カムシャフトでは駆動せずに、クランクシャフトによって排気側カムシャフトとは別個に駆動する方式を採用している。そのため、燃料ポンプ６をシリンダヘッド１側ではなく、シリンダブロック２側に配置しているものである。
【００２７】
そうして、シリンダヘッド１の側面に燃料供給管７及び燃料戻し管１１の配管スペースを確保するべく、各気筒の２つの吸気ポートをシリンダヘッド１の側面に開口する共通ポート４から分岐させるようにしている。共通ポート方式の場合、シリンダヘッド１の側面には各吸気ポート毎に開口を設ける必要がないから、上記配管スペースの確保が容易になる。
【００２８】
＜各気筒の２つの吸気ポート＞
図２に示すように、各気筒１２には気筒列方向に並ぶ第１吸気ポート１３と第２吸気ポート１４の２つの吸気ポートが設けられている。なお、図２及び後述の図４は吸気ポート１３，１４の形状を、シリンダヘッド１を鋳造するときの吸気ポート中子の形状で代用して示している。吸気ポート１３，１４各々は、シリンダヘッド１の側面に開口した共通ポート４から二手に分岐して気筒１２に向かって延び、シリンダヘッド１の下面（気筒１２と共にエンジンの燃焼室を形成する面）から気筒１２に開口している。
【００２９】
図３に示すように、吸気ポート１３，１４の気筒１２に対する開口部（気筒１２に向かって開口する吸気口）１５，１６は気筒列方向に並んでいる。燃料供給管７及び燃料戻し管１１は、シリンダヘッド１の側面の相隣る共通ポート４の間に形成された凹部１７に配管されている。図３において、１８は気筒１２に向かって開口する排気ポートの開口部（排気口）である。なお、吸気ポート１３，１４の開口部１５，１６は、図３では断面の切断位置の関係でいびつになっているが、排気ポートの開口部１８と同じく、円形である。
【００３０】
図２に示すように、第１吸気ポート１３は、気筒１２内において吸気が該気筒軸まわりに旋回するスワール流Ｓを生成するように気筒１２に開口したポートである。すなわち、第１吸気ポート１３は、吸気が開口部１５から気筒１２の内周面の略接線方向（開口部１５の最近接位置の気筒内周面の略接線方向）を指向して気筒１２に流入するように形成されタンジェンシャルポートである。第１吸気ポート１３の開口部１５に至る下流部１３ａが気筒１２の内周面の接線方向を指向している。
【００３１】
第２吸気ポート１４は、吸気をスワール流Ｓと同じ回転方向の旋回流Ｃにして気筒１２に流入させるヘリカル部（旋回流生成部）１９を有するヘリカルポートである。ヘリカル部１９は、図３に示すように、第１吸気ポート１３側から第２吸気ポート１４の気筒１２に対する開口面に垂直な中心線（図５，６に示す吸気バルブ２１の軸心）まわりを湾曲しながら第１吸気ポート１３の反対側に向かって開口部１６に続く内壁面１９ａを有する。
【００３２】
図４に示すように、ヘリカル部１９は、吸気バルブ２１を設ける部分２２のまわり巡る形に形成されている。吸気は、気筒１２に流入するときに、ヘリカル部１９の内周面１９ａによって旋回流Ｃとなるように案内される。これにより、吸気が旋回流Ｃとなって気筒１２に流入する。
【００３３】
図２等に示すように、第２吸気ポート１４は、ヘリカル部１９よりも上流側に、吸気をヘリカル部１９の第１吸気ポート１３側の内壁面に向かうように案内する、第１吸気ポートから離れる方向に凸になるように湾曲した湾曲部２３を備えている。
【００３４】
＜吸気ポート開口部の案内面＞
図６に示すように、第１吸気ポート１３及び第２吸気ポート１４の開口部１５，１６各々の周縁には気筒１２への吸気の流入方向を案内する案内面２４，２５が設けられている。この案内面２４，２５が吸気ポート１３，１４各々の開口面に垂直な中心線（吸気バルブ２１の軸心）Ｏとなす開口角度を設定することによって、吸気が所期の方向で気筒１２に流入するようにしている。図６において、３１は吸気バルブ２１が当接するバルブシートであり、案内面２４，２５はバルブシート３１より気筒１２側に設けられている。以下、案内面２４，２５について具体的に説明する。
【００３５】
第１吸気ポート１３の開口部１５の周縁には、その口径を気筒１２に向かって漸次拡大させることにより、錐面状になった案内面２４が形成されている。但し、案内面２４の開口角度は、開口部１５の全周にわたって同じではなく、スワール流の方向を考慮して部分的に異なる角度に設定されている。
【００３６】
すなわち、図７に示すように、第１吸気ポート１３は、開口部１５の周縁のスワール流Ｓを生成するように吸気が流れていく側に、その反対側の案内面２４ｂとは異なる開口角度の案内面２４ａを備えている。図６は図７のＶＩ−ＶＩ線における断面図であり、スワール流Ｓを生成するように吸気が流れていく側の案内面２４ａの開口角度θ１は、その反対側の案内面２４ｂの開口角度θ２よりも大きくなっている。なお、図７において、３２は排気バルブである。
【００３７】
本実施形態では、大きな開口角度θ１の案内面２４ａは、開口部１５の周縁のスワール流Ｓを生成するように吸気が流れていく側の一部に設けられ、開口部１５の周縁の残部には、相対的に小さな開口角度θ２の案内面２４ｂが形成されている。
【００３８】
限定する意味ではないが、案内面２４ａの開口角度θ１は、例えば、５０度以上７０度以下の範囲とし、案内面２４ｂの開口角度θ２は、例えば、３５度以上５５度以下の範囲において、開口角度θ１よりも小さくすることが好ましい。案内面２４ａの開口角度θ１を５５度以上６５度以下の範囲とし、案内面２４ｂの開口角度θ２を４０度以上５０度以下の範囲とすることがさらに好ましい。
【００３９】
また、大きな開口角度θ１の案内面２４ａを設ける範囲は、開口部１５の中心を中心とする角度範囲で、例えば、３０度以上６０度以下とすることが好ましい。
【００４０】
一方、第２吸気ポート１４は、図７に示すように、開口部１６の周縁のスワール流Ｓの上流側に対応する側に、スワール流Ｓの下流側に対応する側の案内面２５ｂとは異なる開口角度の案内面２５ａを備えている。
【００４１】
スワール流Ｓの下流側に対応する側の案内面２５ｂの開口角度は、第１吸気ポート１３の案内面２４ｂの開口角度θ２と同程度に設定されている。この案内面２５ｂの開口角度は、例えば、３５度以上５５度以下の範囲に設定すること、さらには４０度以上５０度以下の範囲に設定することが好ましい。
【００４２】
これに対して、スワール流Ｓを生成するように吸気が流れていく側の上記案内面２５ａの開口角度は、その反対側の案内面２５ｂの開口角度（例えばθ２の大きさ）よりも小さく設定されている。案内面２５ａの開口角度は、例えば、２０度以下に設定することが好ましい。
【００４３】
また、小さな開口角度の案内面２５ａを設ける範囲は、開口部１６の中心を中心とする角度範囲で、例えば、３０度以上６０度以下とすることが好ましい。
【００４４】
図６（図７のＡ−Ａ線における断面図）では、第２吸気ポート１４の小さな開口角度の案内面２５ａが示されており、この図の例では、その開口角度は０度である。
【００４５】
＜吸気ポート１３，１４の作用効果＞
上記実施形態によれば、サージタンクから共通ポート４を通って第１吸気ポート１３に流入した吸気は、その下流部１３ａにおいて気筒１２の内周面の接線方向を指向するように進んで開口部１５から気筒１２に流入する。このように吸気が気筒内周面の接線方向に進んで流入することにより、気筒１２内において、吸気が気筒軸まわりに旋回するスワール流Ｓが生成する。
【００４６】
第１吸気ポート１３の開口部１５の周縁の、スワール流Ｓを生成するように吸気が流れていく側には、開口角度θ１が大きい案内面２４ａが形成されている。従って、吸気が気筒１２に流入するときに案内面２４ａに案内されて、気筒１２の内周面の接線方向に進みやすくなる。そのため、スワール流Ｓの生成の強化に有利になる。
【００４７】
一方、共通ポート４から第２吸気ポート１４に流入した吸気は、湾曲部２３に案内されて、矢符Ａで示すように、ヘリカル部１９の第１吸気ポート１３側の内壁面１９ａに向かう。そして、吸気は、内周面１９ａに案内されて第１吸気ポート１３の反対側に進んでいくことにより、第２吸気ポート１４の気筒１２に対する開口面に垂直な中心線まわりを旋回する旋回流となって気筒１２に流入する。吸気が湾曲部２３に案内されてヘリカル部１９の第１吸気ポート１３側の内壁面１９ａに向かうため、ヘリカル部１９による旋回流の生成の強化に有利になる。
【００４８】
第２吸気ポート１４の開口部１６の周縁の、スワール流Ｓの上流側に対応する側には、開口角度が小さな案内面２５ａが形成されている。図６の例では、その開口角度は０度である。従って、開口部１６のスワール流Ｓの上流側に対応する側からは、吸気が案内面２５ａに案内されて気筒１２の下死点側に向かって流入する。よって、第２吸気ポート１４から気筒１２に流入する吸気によってスワール流Ｓが打ち消されることが抑制される。
【００４９】
また、上述の如く、吸気が案内面２５ａに案内されて気筒１２の下死点側に向かって流入することにより、第２吸気ポート１４から気筒１２に流入する吸気はその開口部１６の直下で旋回するようになる。よって、この第２吸気ポート１４による旋回流Ｃによって第１吸気ポート１３によるスワール流Ｓが強化される。
【００５０】
加えて、第２吸気ポート１４の開口部１６の周縁の、スワール流Ｓの下流側に対応する側の案内面２５ｂは、その開口角度が上流側の案内面２５ａよりも大きくなっている。従って、この下流側の案内面２５ｂに案内されて気筒１２に流入する吸気は、スワール流Ｓを強くする方向に働く。
【００５１】
以上のように、第１吸気ポート１３の開口部１５の周縁のスワール流Ｓを生成するように吸気が流れていく側に開口角度θ１が大きな案内面２４ａを設けたこと、第２吸気ポート１４に湾曲部２３を設けたこと、第２吸気ポート１４の開口部１６の周縁のスワール流Ｓの上流側に対応する側に開口角度が小さな案内面２５ａを設けたこと、さらに、第２吸気ポート１４の開口部１６の周縁のスワール流Ｓの下流側に対応する側に開口角度が大きな案内面２５ｂを設けたことにより、気筒１２内に生成するスワール流Ｓの強化が図れる。
【００５２】
よって、吸気ポート１３，１４の長さは、共通ポート４を有しない独立吸気ポートに比べて短くなっているものの、上記スワール流Ｓの強化により、吸気と燃料の混合が促進され、エンジン出力の向上、燃費の改善に有利になる。
【００５３】
上記実施形態は直列４気筒エンジンのシリンダヘッドに関するが、本発明は、直列６気筒エンジン、単気筒エンジンなど他のエンジンにも上記実施形態に倣って適用することができる。
【００５４】
また、上記実施形態の吸気ポートは共通ポートから分岐したポートであるが、本発明は、共通ポートを有しない独立吸気ポートであっても、上記実施形態に倣って適用することができる。
【００５５】
さらに、上記エンジンは、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンであってもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１  シリンダヘッド
２  シリンダブロック
４  共通ポート
５  コモンレール
６  燃料ポンプ
７  燃料供給管
１１  燃料戻し管
１２  気筒
１３  第１吸気ポート
１４  第２吸気ポート
１５  第１吸気ポートの開口部
１６  第２吸気ポートの開口部
１９  ヘリカル部（旋回流生成部）
１９ａ  内周面
２３  湾曲部
２４  第１吸気ポートの案内面
２４ａ  開口角度が大きな案内面
２４ｂ  開口角度が小さな案内面
２５  第２吸気ポートの案内面
２５ａ  開口角度が小さな案内面
２５ｂ  開口角度が大きな案内面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2019127884.tif 000006
【図５】
2019127884.tif 000007
【図６】
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【図７】
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