(57)【要約】【課題】燃料の燃焼性向上に貢献できるシリンダヘッドを提供する。【解決手段】吸気ポート５は、入口穴９と出口穴１０を除いて複数の分流通路１３に分かれており、各分流通路１３に、空気に旋回流を付与するため捩れ形状のリブ１５を突設している。１つの吸気ポート５から燃焼室１７に混合気が旋回流の束として流入し、これがタンブル流１７になる。混合気は各分流通路１３を流れる過程で混合性が向上している。燃焼室１６に入った後は、強いタンブル流１７を生成するため、燃料の分散性や火炎伝播速度の向上に貢献する。各旋回流１３が衝突することによる渦流生成作用によっても、完全燃焼化が促進される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を燃焼室に送る吸気ポートが、その終端が吸気弁で開閉されるようにして設けられている構成であって、
前記吸気ポートを、空気が複数の旋回流として終端に向かう分流構造と成している、
内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項２】
隣り合った旋回流の旋回方向が逆向きになるように設定している、
請求項１に記載した内燃機関のシリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は内燃機関のシリンダヘッドに関し、特に、改善された吸気構造を特徴にしている。
【背景技術】
【０００２】
混合気を燃焼室に供給するタイプの内燃機関では、完全燃焼化を高めたり燃焼速度を速めたりするための手段として、混合気にスワール流やタンブル流、乱流等の各種の流れを生成させることが種々提案されている。
【０００３】
その例として特許文献１，２には、吸気ポートを流れる空気（混合気）に螺旋回転を付与することが開示されており、他方、特許文献３には、１つの気筒に対して２つの吸気ポートを有する内燃機関において、２つの吸気ポートのそれぞれの終端部を渦巻き状に形成することで、それら吸気ポートから放出される空気（混合気）にシリンダボアの軸線方向から見た旋回流を形成して、２つの旋回流をシリンダボアの内周に沿って流すことで、スワール流を強化することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５８−０９０３２３号のマイクロフィルム
【特許文献２】特開平０８−３０３２４９号公報
【特許文献３】特開平０９−２８７４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
各特許文献では、吸気ポートから放出された空気流は旋回流として流れが強化されており、強い旋回流がシリンダボアでスワール流やタンブル流となり、これがピストンの動きによって潰されることで燃焼室内に無数の微細な乱流が形成され、結果として、燃料の混合性が向上して完全燃焼化を促進すると共に、火炎が乱流に乗って伝播するため燃焼速度向上に貢献できると云える。
【０００６】
しかし、いずれの特許文献でも吸気ポートから放出された空気流はそのままシリンダボアに流入するに過ぎず、空気流（旋回流）自体は燃料の混合機能にさほど貢献しないと推測されるため、燃料の完全燃焼化や燃焼速度向上にはまだ改善の余地があると云える。
【０００７】
本願発明は、かかる現状を改善すべく成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明の
本願発明はシリンダヘッドに関し、このシリンダヘッドは、空気を燃焼室に送る吸気ポートが、その終端が吸気弁で開閉されるようにして設けられている構成であり、請求項１の発明は、前記吸気ポートを、空気が複数の旋回流として終端に向かう分流構造と成している。
【０００９】
各旋回流は同じ方向に旋回する構成でもよいが、請求項２の発明では、隣り合った旋回流の旋回方向が逆向きになるように設定している。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明では、１つの吸気ポートに１つの旋回流を形成する場合に比べて個々の旋回流は細いため、１つの吸気ポートに１つの旋回流しか形成していない場合に比べて空気（混合気）の攪拌作用が強くなっている。換言すると、空気は吸気ポートを通る過程で大きな動き（強い乱れ）を付与されているのであり、この点により、燃焼室に入る前の段階で燃料の混合性が促進されている。
【００１１】
吸気ポートから燃焼室（シリンダボア）に放出された旋回流の挙動は、旋回流の旋回方向等によって相違する。各旋回流がたいして減衰することなくそのままの状態で燃焼室に流入すると、スワール流やタンブル流によって移動しつつピストンの動きで旋回流が潰されるが、スワール流にしてもタンブル流にしても旋回流の束の状態になっているため、ピストンの動きによって従来よりも微細な渦に細分化されて、強い乱れを生じさせながら燃焼室の全体にまんべんなく広がっていく。
【００１２】
複数の旋回流が燃焼室に流入するにおいて、隣り合った旋回流同士が衝突することがあるが、この場合はその衝突によって小さな渦や乱流が発生しており、このように当初から小さな渦や乱流を伴った状態で燃焼室でスワール流やタンブル流となって、これがピストンで潰されるため、この場合も、混合気が微細な渦に細分化されることが助長されて、混合気の微細な渦を、旋回流の運動エネルギを利用して燃焼室にまんべんなく広がらせることができ、その結果、燃焼室全体に強い乱れを生じさせ維持することができる。
【００１３】
このように、本願発明では、燃料の微細化・混合性を促進したり燃焼室での微細な渦の発生機能を高めたり、或いは、旋回流の運動エネルギを利用して微細な渦を燃焼室にまんべんなく広がらせることができるため、完全燃焼化と燃焼速度向上とを通じて熱効率の向上に貢献できる。
【００１４】
請求項２の場合は、隣り合った旋回流が打ち消し合うことなくその強さを維持したまま燃焼室に流入するため、旋回流が長期間維持されて、それだけ燃料の混合性を向上できると共に、ピストンの動きで生成された微細な渦は高い運動エネルギ（乱流エネルギ）を保持しているため火炎伝播速度も速い。従って、請求項２においても、熱効率の向上に貢献できる。
【００１５】
なお、本願発明は燃焼室に混合気を供給するタイプの内燃機関に好適であるが、燃焼室（シリンダボア）での空気の乱れを促進できるため、直噴方式の内燃機関においても高い効果が発揮できる。また、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用すると、ＥＧＲガスと新気との混合性を向上させて、ＥＧＲ装置の効果を助長できる。 
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態を示す図で、（Ａ）は模式的な平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。
【図２】（Ａ）は図１（Ａ）のIIA-IIA 視断面図、（Ｂ）は図１（Ａ）のIIB-IIB 視図、（Ｃ）は別例図である。
【図３】第２実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
(1).第１実施形態の構成
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は混合気供給方式の内燃機関に適用しており、内燃機関は、シリンダボア２を有するシリンダブロック１と、その上面に固定されたシリンダヘッド３とを有している。シリンダボア２にはピストンが摺動自在に嵌まっているが、図示は省略している。
【００１８】
シリンダヘッド３にはシリンダボア２に向けて開口した台錘状の凹所４が形成されており、凹所４の傾斜面には、２つずつの吸気ポート５と排気ポート６とが開口している。凹所５の中心部には  点火プラグ７が配置されている。
【００１９】
吸気ポート５と排気ポート６とはクランク軸の軸心線８を挟んだ両側に配置されており、２つの吸気ポート５は１つの吸気穴５ａに集合してシリンダヘッド３の一側面３ａに開口して、２つの吸気ポート６は１つの出口穴６ａに集合してシリンダヘッド３の他側面３ｂに開口している。図示は省略しているが、シリンダヘッド３の一側面３ａには吸気マニホールドが固定されて、シリンダヘッド３の他側面３ｂには排気マニホールドが固定されている。
【００２０】
各吸気ポート５は、その始端部は１つの入口穴９になって終端部は１つの出口穴１０になっており、２つの入口穴９が１つの吸気穴５ａに連通しており、他方、出口穴１０は、凹所４の内面と傾斜面と直交した方向に移動する吸気弁１１で開閉される。排気ポート６は排気弁１２で開閉される。
【００２１】
第１実施形態では、吸気ポート５における入口穴９と出口穴１０との間の部分は壁によって４つの分流通路１３に分かれており、分流通路１３の内面に、その内部を通る空気（混合気）に旋回流１４を付与する空気案内手段（旋回流付与手段）の一例して、２条のリブ（フィン）１５が内向き突設されている。なお、吸気弁１１の弁軸は隣り合った分流通路１３の間に位置しており、弁軸の一部は２つの分流通路１３に露出している。
【００２２】
リブ１５は分流通路１３の軸心まで届かない高さに設定しているが、軸心と同じ高さにしたり軸心を超える高さとしたりすることも可能である。或いは、分流通路１３がリブ１３で完全に仕切られた形状に構成して、リブ１３を空気の流れ方向に向かって捩じれた形状にすることも可能である。吸気ポート５の入口穴９と出口穴１０との開口方向が相違しているので、各分流通路１３は、クランク軸の軸線方向から見た図１（Ｂ）の状態で下向き凹状に曲がっている。
【００２３】
各分流通路１３を流れる空気の旋回方向は、図２（Ａ）（Ｂ）のように同じに設定しても良いし、リブ１５のねじれ方向を変えることで、図２（Ｃ）のように隣り合った分流通路１３で旋回流１４の旋回方向を逆向きに設定することも可能である。また、各分流通路１３は全長に亙って同じ断面積でもよいが、終端部の断面積を始端部の断面積より小さくすることも可能である。この場合は、空気の流速を速くして燃焼室１５（シリンダボア２）に放出できる利点がある。
【００２４】
(2).第１実施形態のまとめ
以上の構成において、吸気系から各吸気ポート５の入口穴９に至った空気は、４つの分流通路１３に分かれてから出口穴１０で合流して燃焼室１６に流入するが、空気は各分流通路１３を通る過程で軸心回りに流れるように流れの方向性が付与されて旋回流になっている。この分流通路１３の内部で空気はリブ１５との接触等によって攪拌作用を受けており、このため、燃料の混合性が高くなっている。
【００２５】
そして、４つの旋回流１４は、図１（Ｂ）に符号１７で一部を示すように、クランク軸の軸線方向から見て、シリンダボア２の内面に沿って下向きに移動してから、ピストンの頂面に沿って流れて、それから上向きに方向を変えるというタンブル流１７となってシリンダボア２の内部を旋回して行くが、空気流は旋回流１４の束になっていて方向性（指向性）が強いため、タンブル流１７も強い流れとしてシリンダボア２（燃焼室１６）の隅々まで行き亙り、これがピストンの上昇動によって潰されて微細な無数の渦となることで、完全燃焼化と燃焼速度の向上とに貢献でき、その結果、熱効率を向上できると云える。
【００２６】
図２（Ａ）（Ｂ）のように４つの旋回流１４が同じ方向に旋回する場合は、隣り合った旋回流１４がその接触部において衝突する傾向を呈するため、旋回流１４に乱れが発生して多数の微細な渦流を発生させることができる。すなわち、各分流通路１３から放出された直後に多数の微細な渦流を生成できるのであり、これが旋回流１４の主流に乗ってタンブル流１７になるため、微細な渦流が効率的に生成されて燃焼室１６の全体に行き亘ると云える。
【００２７】
他方、図２（Ｃ）のように、隣り合った旋回流１４の旋回方向を変えることも可能であり、この場合は、各旋回流１４はその旋回を助長するように作用し合うため、タンブル流１７により強い方向性を付与できると云える。これにより、微細に分裂した渦流を燃焼室１６の隅々まで行き亘らせることができるのであり、その結果、熱効率（出力）の向上に貢献できると云える。
【００２８】
(2).他の実施形態・その他
図３に示す第２実施形態では、吸気ポート５のうち入口穴９と出口穴１０との間の部分を内通路１８とドーナツ状の外通路１９との二重構造に構成して、両通路１８，１９の内部に、空気案内手段としての内リブ１５ａと外リブ１５ｂを一体に形成している。
【００２９】
内リブ１５ａは内通路１８を分断する断面一文字状の形態であり、これが捩れながら入出口穴１０に向かっている。他方、外リブ１５ｂは外通路１９を二分するように２枚存在しており、これが捩れながら入出口穴１０に向かっている。内外のリブ１５ａ，１５ｂの枚数や突出寸法は任意に設定できる。
【００３０】
（Ａ）に示す例では両内外リブ１５ａ，１５ｂは同じ方向に捩れており、このため、内外の通路１８，１９を通る空気は同じ方向に旋回する。他方、（Ａ）に示す例では両内外リブ１５ａ，１４ｂは逆方向に捩れており、このため、内外の通路１８，１９を通る空気は逆方向に旋回する。
【００３１】
図３（Ａ）のタイプでは、内外の旋回流１４は同じ方向に流れるため、燃焼室１６に流入してタンブル流１７となるにおいて、タンブル流１７の流速を速くできると共に指向性も強くすることができるといえる。従って、ピストンの上昇によって生成される微細な渦流に大きな運動エネルギを付与して、燃焼速度を大きく向上できると云える。
【００３２】
他方、図３（Ｂ）に示す例では、内外２つの旋回流１４は燃焼室１６に流入するにおいて互いに衝突して微細な無数の渦流を生成するため、燃料の混合機能がより強く発揮されると云える。
【００３３】
本願発明は上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、分流通路は３つ又は５つ以上でもよい。また、吸気ポートを分流化する手段としては、実施形態のようにシリンダヘッドに複数の通路を一体に形成するには限らず、別部材の分流部材を嵌め込むことによっても実現できる。
【００３４】
空気案内手段としては、吸入空気によって回転する羽根車を吸気ポートの内部に配置したり、分流通路自体を螺旋状に曲げたりすることも可能である。リブを設ける場合、シリンダヘッドとは別の部材として製造して、これを吸気ポートに嵌め込むことも可能である。更に、リブ等の旋回流付与手段は、吸気ポートの長手方向の一部のみに設けることも可能である。更に、本願発明は直噴方式の内燃機関にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本願発明は、実際に内燃機関のシリンダヘッドに適用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１  シリンダブロック
２  シリンダボア
３  シリンダヘッド
４  シリンダヘッドの凹所
５  吸気ポート
９  入口穴
１０  出口穴
１１  吸気弁
１３  分流通路
１４  旋回流
１５  旋回流付与手段（空気案内手段）の一例としてのリブ（案内部）
１６  燃焼室
１７  タンブル流
【図１】
2015010542.tif 000003
【図２】
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【図３】
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