(57)【要約】【課題】吸気のタンブル流を促進する吸気ポートを提供すること。【解決手段】本発明に係る吸気ポート１は、吸気Ｉｎが流れる吸気流路１１と、吸気流路１１に配置され、燃焼室Ｃに向かう吸気の流れを吸気流路１１の内壁側に向けて放射状に変更する仕切部２１と、を備え、燃焼室Ｃに吸気を送る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に吸気を導入する吸気ポートであって、
吸気が流れる吸気流路と、
前記吸気流路に配置され、前記燃焼室に向かう吸気の流れを前記吸気流路の内壁側に向けて放射状に変更する仕切部と、
を備える、
吸気ポート。
【請求項２】
請求項１に記載の吸気ポートであって、
前記仕切部は、前記吸気流路において、前記吸気流れ方向に交差する断面の中央側に配置される、
吸気ポート。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の吸気ポートであって、
内部に前記吸気流路が形成された本体部を備え、
前記仕切部は、
前記吸気流路の断面において、前記本体部の対向する内壁に亘って形成された基礎部分と、
前記基礎部分の主面から吸気流れ方向に交差する方向に起立した起立部分と、を有する、
吸気ポート。
【請求項４】
請求項３に記載の吸気ポートであって、
前記起立部分は、前記基礎部分に連なる基端と、前記基端よりも前記吸気流れ方向の下流側かつ前記吸気流路の断面の縁側に位置する先端と、を有する、
吸気ポート。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の吸気ポートであって、
前記本体部の内壁から前記吸気流れ方向を遮る方向に突出した突出部を備えた、
吸気ポート。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の吸気ポートであって、
前記吸気流路に燃料噴射部を備え、
前記仕切部は、前記燃料噴射部に向かって傾斜した、
吸気ポート。
【請求項７】
請求項６に記載の吸気ポートであって、
前記燃料噴射部は、前記仕切部よりも前記吸気流れ方向の下流側に配置された、
吸気ポート。
【請求項８】
請求項７に記載の吸気ポートであって、
前記吸気流路の前記燃料噴射部に対向する位置に配置され、前記燃料噴射部から噴射された燃料を飛散させる燃料飛散部、を備えた、
吸気ポート。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の吸気ポートであって、
前記吸気流れ方向において、前記燃焼室から排出された排気を吸気に導入するための導入部の下流側に配置された、
吸気ポート。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の吸気ポートであって、
前記吸気を冷却するための冷却流体通路を備えた、
吸気ポート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室に吸気を送る吸気ポートに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関（以下、単にエンジンと記す場合がある）において、燃焼室に取り込まれる吸気のタンブル（縦渦）流を発生させることのできる吸気ポートが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の吸気ポートでは、吸気ポートのシリンダボアに繋がるスロート部の断面形状を工夫することによって、シリンダボアの軸心寄りに吸気を引き込み易くして、タンブル流を発生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１３８５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、エンジンにおける燃焼効率の向上が望まれるなか、特許文献１に記載された技術のほかにも、吸気のタンブル流を得るために種々の改良の余地が模索されていた。そこで、本発明は、吸気のタンブル流を促進することのできる吸気ポートの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある態様による吸気ポートは、内燃機関の燃焼室に吸気を導入する吸気ポートであって、吸気が流れる吸気流路と、前記吸気流路に配置され、前記燃焼室に向かう吸気の流れを前記吸気流路の内壁側に向けて放射状に変更する仕切部と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
上記態様によれば、仕切部によって、燃焼室に向かう吸気の流れが吸気流路の内壁側に向けて放射状に変更されるため、吸気のタンブル流を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る吸気ポート１が装備されたエンジン１００の要部を説明する概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る吸気ポート１とエンジン１００の要部を一部切り欠いて示す切欠図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る吸気ポート１を吸気流路１３１側からみた斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
［内燃機関（エンジン）の説明］
図１は、本発明の実施形態に係る吸気ポート１が装備された内燃機関（以下、単にエンジンと記す）１００の要部を説明する概略図である。
【００１０】
エンジン１００は、往復動内燃機関であって、シリンダブロック１１０と、シリンダヘッド１２０とを有する。シリンダブロック１１０とシリンダヘッド１２０とが組み付けられることにより、燃焼室Ｃが形成されている。
【００１１】
シリンダブロック１１０には、ピストンヘッド１１１が往復動するシリンダが形成されている。図１においては、ピストンヘッド１１１以外の構成は省略されている。
【００１２】
シリンダヘッド１２０には、燃焼室Ｃに燃料及び吸気を導入するための吸気部１２１と、燃焼後の排気ガスを排出するための排気部１２２とが形成されている。また、シリンダヘッド１２０の最上部には、燃焼室Ｃ内に導入された燃料と吸気との混合気に点火するための点火プラグ１２３が配置されている。
【００１３】
シリンダヘッド１２０は、吸気部１２１に、燃焼室Ｃ内への燃料及び吸気の導入を開閉するための吸気バルブ１２４を備える。また、シリンダヘッド１２０は、排気部１２２に、燃焼後の排気ガスの排気を開閉するための排気バルブ１２５を備える。
【００１４】
吸気部１２１は、後述する吸気ポート１に連結されている。吸気部１２１は、吸気ポート１を介して、外部から吸気Ｉｎが導入される吸気流路１３１と連結されている。吸気ポート１の、吸気Ｉｎの流れ方向の上流側には、後述するＥＧＲクーラ１４０において冷却された排気ガスを吸気流路１３１に導入するためのＥＧＲガス導入部１３３が備えられている。
【００１５】
排気部１２２は、排気流路１３２に連結されている。また、排気流路１３２は、後述のＥＧＲクーラ１４０に連結されている。これにより、燃焼後の排気ガスＥｘの一部は、ＥＧＲクーラ１４０に供給される。
【００１６】
エンジン１００には、燃焼後の排気ガスＥｘの一部を、再度、燃焼室Ｃに導入するＥＧＲが適用されている。エンジン１００は、排気ガスＥｘを冷却するためのＥＧＲクーラ１４０を備える。
【００１７】
ＥＧＲクーラ１４０は、燃焼後の排気ガスＥｘの一部を導入する導入流路１４１と、冷却後の排気ガスを排出する排出流路１４２とを備える。図１には図示されていないが、ＥＧＲクーラ１４０は、内部に、排気ガスＥｘの排気流路と、冷却流体が循環する冷却流体流路とが形成されている。これにより、ＥＧＲクーラ１４０の内部において、排気ガスＥｘと冷却流体との間で熱交換が行われ、排気ガスＥｘが冷却される。なお、ＥＧＲクーラ１４０を経て冷却された排気ガスＥｘを、以下、ＥＧＲガスＥｇと記す。
【００１８】
また、エンジン１００は、燃焼室Ｃに燃料を導入するための燃料噴射部１５０を備える。本実施形態においては、燃料噴射部１５０は、吸気ポート１に配置されている。吸気ポート１の詳細は後述する。
【００１９】
本実施形態においては、ＥＧＲガスＥｇは、吸気ポート１の吸気Ｉｎの流れ方向の上流側に設けられたＥＧＲガス導入部１３３から吸気流路１３１を流れる吸気Ｉｎに合流されている。
【００２０】
すなわち、本実施形態においては、吸気ポート１には、エンジン１００の外部から導入された吸気Ｉｎと、ＥＧＲガスＥｇとを含む混合吸気Ｍｉが導入される。
【００２１】
以上の構成を備えたエンジン１００において、吸気Ｉｎ及び排気ガスＥｘの流れは、以下のとおりである。
【００２２】
エンジン１００に設けられた吸気ポート１には、吸気流路１３１を流れる吸気ＩｎとＥＧＲガスＥｇとが混合された混合吸気Ｍｉが導入される。混合吸気Ｍｉには更に、吸気ポート１に設けられた燃料噴射部１５０から燃料Ｆｕが導入される。これにより、吸気ＩｎとＥＧＲガスＥｇと燃料Ｆｕとを含む混合気Ｍｘが燃焼室Ｃに導入される。
【００２３】
燃焼室Ｃにおける燃焼後は、排気バルブ１２５が開放されることにより、排気ガスＥｘが排気流路１３２を通って排出される。排気ガスＥｘの一部は、ＥＧＲクーラ１４０に流入して冷却される。冷却後のＥＧＲガスＥｇは、ＥＧＲガス導入部１３３から吸気Ｉｎに合流し、混合吸気Ｍｉとして吸気ポート１に導入される。
【００２４】
［吸気ポートの説明］
続いて、本発明の実施形態に係る吸気ポート１について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る吸気ポート１とエンジン１００の要部を一部切り欠いて示す切欠図である。また、図３は、本発明の実施形態に係る吸気ポート１を吸気流路１３１側からみた斜視図である。
【００２５】
吸気ポート１は、吸気Ｉｎ及びＥＧＲガスＥｇが流れる吸気流路１１が形成された本体部１０を有する。本体部１０には、上述の燃料噴射部１５０が形成されている。燃料噴射部１５０には、インジェクタ１５１が配置されている。
【００２６】
吸気ポート１は、吸気流れ方向において、燃焼室Ｃから排出された排気ガスＥｘを吸気Ｉｎに導入するためのＥＧＲガス導入部１３３の下流側に配置されている。これにより、本体部１０に形成された吸気流路１１には、ＥＧＲガスＥｇとエンジン１００の外部から導入された吸気Ｉｎとを含む混合吸気Ｍｉが流れる。
【００２７】
また、吸気ポート１では、燃料噴射部１５０によって、混合吸気Ｍｉに燃料Ｆｕが混合される。
【００２８】
本体部１０の吸気流れ方向の上流側には、フランジ１２が形成されている。また、吸気流路１３１の吸気流れ方向の下流側には、フランジ１３４が形成されている。本体部１０のフランジ１２は、吸気流路１３１に形成されたＥＧＲガスＥｇのＥＧＲガス導入部１３３の下流側において、ガスケット（図示せず）を介して吸気流路１３１のフランジ１３４と連結されている。
【００２９】
また、図３に示すように、本体部１０は、冷却流体が導入される流体導入部１４と冷却流体が排出される流体排出部１５とを有する。本体部１０には、冷却流体通路１３が形成されている。冷却流体通路１３は、流体導入部１４と流体排出部１５と連結されている。冷却流体は、流体導入部１４から導入されて、冷却流体通路１３を通り、流体排出部１５から排出される流路を循環する。冷却流体通路１３の表面は、本体部１０の内壁を構成している。
【００３０】
また、図２及び図３に示すように、吸気ポート１は、吸気流路１１に配置された仕切部２１を備える。仕切部２１は、吸気流路１１が形成される本体部１０の内壁に配置されている。仕切部２１は、吸気流路１１に配置されて、吸気流れ方向に交差する方向、本実施形態においては、燃焼室Ｃの中心側に向けて吸気の流れを変更する。すなわち、仕切部２１は、燃焼室Ｃに向かう吸気の流れを吸気流路１１の内壁側に向けて放射状に変更する。
【００３１】
以下、図３を用いて、仕切部２１について詳細に説明する。仕切部２１は、基礎部分２２と、起立部分２３とを有する。
【００３２】
基礎部分２２は、吸気流路１１の吸気流れ方向に交差する断面において、本体部１０の対向する内壁に亘って形成されている。基礎部分２２は、吸気流路１１の断面の中央側に配置されている。また、基礎部分２２は、板状であって、吸気流れを妨げないように、主面が吸気流れ方向に沿って配置されている。
【００３３】
また、起立部分２３は、基礎部分２２の主面から吸気流れ方向に交差する方向に起立している。起立部分２３は、吸気流れ方向に対して、それぞれ異なる角度で対峙する３つの面（面２４，２５，２６）を有する。
【００３４】
面２４は、本体部１０の対向する内壁に亘って形成された基礎部分２２の中央に設けられており、基礎部分２２に連なる基端２４ｂと、基端２４ｂの反対側の端部である先端２４ｆとを有する。面２４において、先端２４ｆは、基端２４ｂよりも吸気流れ方向の下流側に位置する。
【００３５】
面２５は、面２４に隣接しており、基礎部分２２に連なる基端２５ｂと、基端２５ｂの反対側の端部である先端２５ｆとを有する。先端２５ｆは、基端２５ｂよりも吸気流れ方向の下流側に位置している。また、先端２５ｆは、吸気流れ方向に交差する断面において、基礎部分２２が取り付けられている本体部１０の内壁に向かうに連れて、基礎部分２２からの高さが低くなるように形成されている。
【００３６】
面２６は、面２４に隣接しており、基礎部分２２に連なる基端２６ｂと、基端２６ｂの反対側の端部である先端２６ｆとを有する。先端２６ｆは、基端２６ｂよりも吸気流れ方向の下流側に位置している。また、先端２６ｆは、吸気流れ方向に交差する断面において、基礎部分２２が取り付けられた本体部１０の内壁に向かうに連れて、基礎部分２２からの高さが低くなるように形成されている。
【００３７】
また、吸気ポート１は、本体部１０の下側の内壁に設けられ、内壁から吸気流れ方向を遮る方向に向けて突出した突出部３１，３２，３３，３４を備える。
【００３８】
本実施形態において、本体部１０の下側の内壁とは、シリンダヘッド１２０と吸気部１２１との接続部分において、点火プラグ１２３から離れた内壁に連なっている内壁を指す。また、本体部１０の上側の内壁とは、シリンダヘッド１２０と吸気部１２１との接続部分において、点火プラグ１２３に近い内壁に連なっている内壁を指す。
【００３９】
突出部３１，３２，３３，３４は、それぞれ、本体部１０の下側の内壁に取り付けられる基端と、基端の反対側の端部である先端とを備える（図３では番号を省略している）。突出部３１，３２，３３，３４のそれぞれにおいて、先端は、基端よりも吸気流れ方向の下流側に位置するように傾斜して設けられている。
【００４０】
また、吸気ポート１は、燃料噴射部１５０に対向する本体部１０の下側の内壁に、燃料噴射部１５０から噴射された燃料を飛散させる燃料飛散部３５，３６を備える。図２及び図３では番号を省略しているが、燃料飛散部３５，３６は、それぞれ、本体部１０の内壁に取り付けられる基端と、基端の反対側の端部である先端とを備え、先端が吸気流れ方向の下流側に位置するように傾斜して設けられている。
【００４１】
また、仕切部２１、基礎部分２２、起立部分２３、突出部３１，３２，３３，３４、燃料飛散部３５，３６は燃焼室Ｃからのガスが逆流することを抑制する機能を有している。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態に係る吸気ポート１は、仕切部２１を備え、基礎部分２２及び起立部分２３が上述した形状で形成されている。このため、エンジン１００の回転が低速から中速にかけては、吸気が面２４，２５，２６に衝突する。
【００４３】
吸気は、面２４，２５，２６に衝突することにより、吸気流路１１の吸気流れ方向に交差する断面において断面中央から断面縁側に向けて放射状に拡散される。すなわち、燃焼室Ｃに向かう吸気の流れが吸気流路１１の内壁側に向けて放射状に変更される。これにより、吸気のタンブル流を促進することができる。
【００４４】
基礎部分２２は、吸気流路１１において、吸気流れ方向に交差する断面における断面中央に設けられているため、面２４，２５，２６において拡散された混合吸気Ｍｉは、図２に示した本体部１０の吸気流路１１において、本体部１０の上側の内壁に沿って流れる。
【００４５】
本体部１０の上側の内壁に沿って流れた混合吸気Ｍｉは、燃料Ｆｕと混合されて、混合気Ｍｘとなって、吸気バルブ１２４の点火プラグ１２３側にできる空隙から燃焼室Ｃに流入する（図２における矢印Ｆ１）。
【００４６】
また、これにより、混合気Ｍｘは、燃焼室Ｃの点火プラグ１２３側から燃焼室Ｃに流入することにより、ピストンヘッド１１１側に向かう縦方向の渦流（いわゆる、タンブル流。図２における矢印Ｆ２）を形成する。このため、混合気の流動が良好になり、安定した燃焼が実現できる。
【００４７】
また、本実施形態に係る吸気ポート１では、外部から導入された吸気Ｉｎと、吸気Ｉｎよりも高い温度の燃焼室Ｃから排出されたＥＧＲガスＥｇとが起立部分２３に衝突して拡散されることにより、両者の混合が促進される。したがって、吸気温度が適正範囲に調整される。
【００４８】
また、本実施形態に係る吸気ポート１では、エンジン１００の回転が中速を超えて最大出力に近づくにつれて吸気流速が増していくと、混合吸気Ｍｉが仕切部２１に衝突して拡散される効果よりも、仕切部２１を通過して直進する流れが勝る。したがって、エンジン１００の回転が高速域に達しても、仕切部２１によって混合吸気Ｍｉの流れが妨げられることがなく、燃焼効率に遜色を与えないという利点がある。
【００４９】
また、吸気ポート１は、本体部１０の内壁から吸気流れ方向を遮る方向に向けて突出した突出部３１，３２，３３，３４を備える。このため、本体部１０の下側の内壁に沿って流れた吸気が、突出部３１，３２，３３，３４によって、本体部１０の上側に向けて流される。
【００５０】
これにより、本体部１０の上側の内壁に沿って流れて、吸気部１２１の燃焼室Ｃの点火プラグ１２３側から燃焼室Ｃに流入する流れが増長される。したがって、タンブル流が強められる。
【００５１】
さらに、吸気ポート１は、燃料噴射部１５０に対向する本体部１０の内壁に、燃料飛散部３５，３６を備える。燃料噴射部１５０から噴射された燃料Ｆｕは、燃料飛散部３５，３６に衝突して飛散される。
【００５２】
このため、本体部１０の内壁への燃料Ｆｕの付着を防止できる。また、燃料飛散部３５，３６に衝突することにより、燃料液滴の微粒化が促進されて、燃料Ｆｕが混合吸気Ｍｉと良好に混合された状態の混合気Ｍｘが得られる。これにより、燃焼効率が向上する。
【００５３】
また、吸気ポート１には、冷却流体通路１３が形成されている。このため、本体部１０の内側において、仕切部２１、突出部３１，３２，３３，３４及び燃料飛散部３５，３６に衝突する際に熱交換がされて、吸気温度が低下する。
【００５４】
このため、吸気温度が冷却されることによって混合気Ｍｘの過剰な過熱を抑制できる。
【００５５】
吸気温度が低下することにより、ノッキング限界を下げることができる。したがって、アンチノック性が高まり、燃費が向上する。
【００５６】
また、混合吸気Ｍｉは、仕切部２１を通過する際に、流速が速められる。このため、吸気速度が上がる。これにより、吸気体積を小さくすることができる。したがって、吸気バルブ通過時における吸気抵抗が下がり、ポンピングロスを低減できる。
【００５７】
近年、内燃機関の分野では、燃費向上等の観点から、いわゆるアトキンソンサイクルを現行エンジンの動作機構において実現したミラーサイクルが提案されている。また、本実施形態においても適用されているＥＧＲ技術が提案されている。ミラーサイクルでは、吸気バルブを通常よりも遅れて閉じる制御が用いられる。この制御によれば、燃焼室に流入して加熱されたガスが吸気バルブが閉じる前に吸気ポート側に逆流するため、燃焼室に送り込まれる吸気温度は上昇する。また、ＥＧＲにおいても、吸気流路に戻される燃焼後の排気ガスは冷却されているものの、外部から導入される吸気に比べて高温になっている。このため、近年のエンジンでは、ミラーサイクル、ＥＧＲ等の技術が適用されたことによる利点と吸気温度の上昇に伴う損失とが二律背反の関係にあった。
【００５８】
これに対して、本実施形態に係る吸気ポート１によれば、タンブル流を促進する効果に加えて、吸気温度を適正範囲にする効果をも奏する。このため、本実施形態に係る吸気ポート１は、ミラーサイクル、ＥＧＲ等の技術と併用することで、有用性が高まる。
【００５９】
［その他の実施形態］
本実施形態において、仕切部２１は、吸気流れ方向を変更して、本体部１０の上側の内壁に向かわせる作用を有していればよく、上述した形状に限定されない。また、本実施形態において、本体部１０の吸気流路１１の内部に、複数の仕切部２１が設置されていてもよい。
【００６０】
また、突出部３１，３２，３３，３４も４つに限定されない。また、突出部３１，３２，３３，３４は、本体部１０の内壁に吸気流れ方向の交差方向に沿って並列されている。この突出部列が、吸気流れ方向の上流側から下流側に複数列設けられていてもよい。
【００６１】
燃料飛散部３５，３６もまた、２つに限定されない。また、吸気流れ方向の上流側から下流側に複数列設けられていてもよい。
【００６２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は、本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【００６３】
１    吸気ポート
１０    本体部
１１    吸気流路
１２    フランジ
１３    冷却流体通路
１４    流体導入部
１５    流体排出部
２１    仕切部
２２    基礎部分
２３    起立部分
２４    面
２４ｂ    基端
２４ｆ    先端
２５    面
２５ｂ    基端
２５ｆ    先端
２６    面
２６ｂ    基端
２６ｆ    先端
３１，３２，３３，３４    突出部
３５，３６    燃料飛散部
１００    エンジン
１１０    シリンダブロック
１１１    ピストンヘッド
１２０    シリンダヘッド
１２１    吸気部
１２２    排気部
１２３    点火プラグ
１２４    吸気バルブ
１２５    排気バルブ
１３１    吸気流路
１３２    排気流路
１３３    ＥＧＲガス導入部
１３４    フランジ
１４０    ＥＧＲクーラ
１４１    導入流路
１４２    排出流路
１５０    燃料噴射部
１５１    インジェクタ
【図１】
2019002382.tif 000003
【図２】
2019002382.tif 000004
【図３】
2019002382.tif 000005