(57)【要約】【課題】強力なスワールと高い充填効率を同時に確保する。【解決手段】燃焼室３に向けて次第に下降するように傾斜配置された第１の吸気ポート４と第２の吸気ポート５を具備しており、第１の吸気ポート４の傾斜角に比べて第２の吸気ポート５の傾斜角が大きくされる。第１の吸気ポート４内に下層流路Ｘと上層流路Ｙが形成される。下層流路Ｘ内を流れる下層流は吸気弁６の開弁時に吸気弁開口部領域Ｚを通り燃焼室３の周辺方向に流入してスワールを発生させ、上層流路Ｙ内を流れる上層流は渦巻部７を通って燃焼室３内に流入する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の吸気ポートおよび第２の吸気ポートを具備しており、該第１の吸気ポートが吸気弁の軸線回りに形成された渦巻部と、該渦巻部から接線状に延びる吸入空気流入通路部とにより構成されており、該渦巻部が吸気弁の軸線回りを延びる周壁面と、上壁面と、吸気弁により開閉される下端出口部とにより画定されており、該吸入空気流入通路部が渦巻部の周壁面に接線状に接続される第１の側壁面と、吸気弁の弁軸に向けて渦巻部の周壁面まで延びる第２の側壁面と、上壁面と、底壁面とにより画定されている内燃機関において、上記渦巻部の下端出口部が燃焼室頂面の周縁部に配置されると共に、上記第１の側壁面が燃焼室の周縁部に対して接線状に延びるように吸入空気流入通路部が配置されており、吸気弁全開時に吸気弁と吸気弁の弁座間に形成される環状の吸気弁開口部のうちで、シリンダ軸線と吸気弁弁体の中心部とを含む平面に対し吸入空気流入通路部と反対側に形成される吸気弁開口部領域が存在しており、上記吸入空気流入通路部内に吸入空気流入通路部の下方を流れる下層流と吸入空気流入通路部の上方を流れる上層流が発生せしめられ、該下層流は吸気弁開弁時に上記吸気弁開口部領域に向け流れた後に吸気弁開口部領域から燃焼室内に燃焼室の周辺方向に向け流入して燃焼室内にスワールを発生させ、上記上層流は吸気弁開弁時渦巻部内で旋回した後に吸気弁開口部全体から分散して燃焼室内に流入し、上記第１の吸気ポートおよび第２の吸気ポートが燃焼室に向けて次第に下降するように傾斜していると共に、第１の吸気ポートの傾斜角に比べて第２の吸気ポートの傾斜角が大きくされている内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
上記吸入空気流入通路部の上壁面を吸入空気流入通路部の少くとも下流側において、上記第１の側壁面側に位置しかつ渦巻部の上壁面に滑らかに接続する第１の上壁面と、上記第２の側壁面側に位置しかつ該第１の上壁面よりも上記底壁面側に位置する第２の上壁面とにより構成し、上記下層流が流れる下層流路が上記第１の側壁面の下方部、上記第２の側壁面、上記第２の上壁面および上記底壁面によって画定され、上記上層流が流れる上層流路が、下層流路の上方であって下層流路と上記第１の上壁面間に形成され、上記第１の側壁面の下方部、上記第２の側壁面、上記第２の上壁面および上記底壁面を該下層流路が上記吸気弁開口部領域に向けてまっすぐに延びるように構成した請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
上記吸気弁開口部領域は上記平面と燃焼室周縁部側の吸気弁開口部との交差部から渦巻部内における吸入空気流の旋回方向にほぼ９０度の範囲である請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項４】
上記第２の上壁面は上記平面に対し該第２の上壁面と反対側に位置する吸気弁開口部の上端縁に向けて延びている請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項５】
燃焼室の一側に、第１の吸気ポートに対し設けられている吸気弁と第２の吸気ポートに対し設けられている吸気弁とが配置されており、第１の吸気ポートおよび第２の吸気ポートは対応する吸気弁から同一方向に延びている請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項６】
第２の吸気ポートは吸気弁の軸線回りに形成された渦巻部と、渦巻部から接線状に延びる吸入空気流入通路部とを具備するヘリカル型吸気ポートからなり、第１の吸気ポートの渦巻部と第２の吸気ポートの渦巻部は吸入空気流がこれら渦巻部内で同一方向に旋回するように形成されている請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項７】
第２の吸気ポートに対し設けられている吸気弁の弁体周りには吸気弁の弁体周りから流出する吸入空気流をシリンダ軸線方向に指向させるためのマスク壁が形成されている請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項８】
第２の吸気ポートに対し設けられている吸気弁が燃焼室の頂面上に形成された凹溝内に配置されており、該凹溝の周壁面が上記マスク壁を形成している請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室の周縁部に対して接線状に延びる第１の吸気ポートと第１の吸気ポートに並列配置された第２の吸気ポートとを具備し、これら第１の吸気ポートおよび第２の吸気ポートが燃焼室に向けて次第に下降するように傾斜していると共に、第１の吸気ポートの傾斜角に比べて第２の吸気ポートの傾斜角が大きくされている内燃機関が公知である（特許文献１を参照）。この内燃機関では第１の吸気ポートから燃焼室の周辺部に接線状に流入する吸入空気流によって燃焼室内にスワールが発生せしめられる。
【０００３】
一方、吸気弁の軸線回りに形成された渦巻部と、渦巻部から接線状に延びる吸入空気流入通路部とにより構成され、吸入空気流入通路部が渦巻部の周壁面に接線状に接続される第１の側壁面と、吸気弁の弁軸に向けて渦巻部の周壁面まで延びる第２の側壁面とを有するヘリカル型吸気ポートにおいて、吸入空気流入通路部の上壁面が上述の第１の側壁面側に位置しかつ渦巻部の上壁面に滑らかに接続する第１の上壁面と、上述の第２の側壁面側に位置しかつ第１の上壁面よりも高さの低い第２の上壁面からなり、この第２の上壁面の高さ位置を境にして吸入空気流入通路部の底壁面に沿って流れる下層流と第１の上壁面に沿って流れる上層流とが発生し、この上層流によって燃焼室内にスワールが発生せしめられるヘリカル型吸気ポートが公知である（特許文献２を参照）。
【０００４】
このヘリカル型吸気ポートでは吸入空気量が多いときに渦巻部内での上層流の旋回作用が下層流によって弱められ、それにより機関高回転域において過剰なスワールが発生するのが阻止される。
【特許文献１】特開平５−１０６４５０号公報
【特許文献２】実開平２−１４７８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで特許文献１に記載された内燃機関におけるように全吸入空気を吸気ポートから燃焼室の周辺部に接線状に流入させると燃焼室内に強力なスワールを発生させることができる。しかしながらこの場合、吸気ポート内を流れる全吸入空気は流れ方向前方に位置する吸気弁の開口部のみから燃焼室内に流入することになる。このことは実質的に吸気弁開口部の流路面積が小さくなっていることと同じであり、従って吸入空気量が制限されるために高い充填効率は得られず、その結果最大負荷運転時の出力が低下することになる。
【０００６】
一方、特許文献２に記載されているヘリカル型吸気ポートでは従来のヘリカル型吸気ポートと同様に吸入空気を渦巻部内で旋回させることにより燃焼室内にスワールを発生させるようにしている。この場合、スワールを強めるためには渦巻部内での旋回作用を強めなければならない。しかしながら渦巻部内での旋回作用を強めると吸入抵抗が増大するために充填効率が低下し、その結果この場合も最大負荷運転時の出力が低下することになる。
【０００７】
即ち、特許文献１に記載されているように吸気ポートから流出する全吸入空気を燃焼室の周辺部に接線状に流入させることにより強力なスワールを得るようにしている限り、また特許文献２におけるように渦巻部内における旋回作用を強めることによってスワールを強めるようにしている限り、強力なスワールと高い充填効率を同時に確保することは困難であり、強力なスワールと高い充填効率を同時に確保するには発想の転換が必要である。
本発明者はこれまで長い期間に亘って吸入空気の流れ方について研究し、終いに強力なスワールと高い充填効率を同時に確保することのできる吸気装置を見い出したのである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
即ち、本発明によれば、第１の吸気ポートおよび第２の吸気ポートを具備しており、第１の吸気ポートが吸気弁の軸線回りに形成された渦巻部と、渦巻部から接線状に延びる吸入空気流入通路部とにより構成されており、渦巻部が吸気弁の軸線回りを延びる周壁面と、上壁面と、吸気弁により開閉される下端出口部とにより画定されており、吸入空気流入通路部が渦巻部の周壁面に接線状に接続される第１の側壁面と、吸気弁の弁軸に向けて渦巻部の周壁面まで延びる第２の側壁面と、上壁面と、底壁面とにより画定されている内燃機関において、渦巻部の下端出口部が燃焼室頂面の周縁部に配置されると共に、第１の側壁面が燃焼室の周縁部に対して接線状に延びるように吸入空気流入通路部が配置されており、吸気弁全開時に吸気弁と吸気弁の弁座間に形成される環状の吸気弁開口部のうちで、シリンダ軸線と吸気弁弁体の中心部とを含む平面に対し吸入空気流入通路部と反対側に形成される吸気弁開口部領域が存在しており、吸入空気流入通路部内に吸入空気流入通路部の下方を流れる下層流と吸入空気流入通路部の上方を流れる上層流が発生せしめられ、下層流は吸気弁開弁時に吸気弁開口部領域に向け流れた後に吸気弁開口部領域から燃焼室内に燃焼室の周辺方向に向け流入して燃焼室内にスワールを発生させ、上層流は吸気弁開弁時渦巻部内で旋回した後に吸気弁開口部全体から分散して燃焼室内に流入し、第１の吸気ポートおよび第２の吸気ポートが燃焼室に向けて次第に下降するように傾斜していると共に、第１の吸気ポートの傾斜角に比べて第２の吸気ポートの傾斜角が大きくされている。
【発明の効果】
【０００９】
第１の吸気ポートの下層流路内を流れる下層流によってスワールが発生せしめられ、上層流路内を流れる上層流によって高い充填効率が確保される。一方、第２の吸気ポートから流入する吸入空気流は発生したスワールを減速させることなく充填効率を向上させる。その結果、強力なスワールと高い充填効率を同時に確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１および図２を参照すると、１はシリンダブロック、２はシリンダヘッド、３は燃焼室を夫々示す。シリンダヘッド２内には互いに並列配置された第１の吸気ポート４および第２の吸気ポート５が形成されており、また図１および図２には示されていないがシリンダヘッド２内には一対の排気ポートが形成されている。図２からわかるように第１の吸気ポート４および第２の吸気ポート５は燃焼室３に向けて次第に下降するように傾斜しており、更に第１の吸気ポート４の傾斜角に比べて第２の吸気ポート５の傾斜角が大きくされている。
【００１１】
まず初めに図１、図３および図５を参照しつつ第１の吸気ポート４について説明する。図１、図３および図４を参照すると、第１の吸気ポート４は吸気弁６の軸線回りに形成された渦巻部７と、この渦巻部７から接線状に延びる吸入空気流入通路部８とにより構成される。図１、図３および図４（Ｃ）に示されるように渦巻部７は吸気弁６の軸線回りを延びる周壁面９と、上壁面１０と、吸気弁６により開閉される下端出口部１１とにより画定されており、図１および図３に示されるように吸入空気流入通路部８は渦巻部７の周壁面９に接線状に接続される第１の側壁面１２と、吸気弁６の弁軸６ａに向けて渦巻部７の周壁面９まで延びる第２の側壁面１３と、上壁面１４と、底壁面１５とにより画定されている。
【００１２】
図１からわかるように渦巻部７の下端出口部１１は燃焼室３の頂面１６（図３）の周縁部に配置され、第１の側壁面１２が燃焼室３の周縁部に対して接線状に延びるように吸入空気流入通路部８が配置されている。即ち、図１に示されるように吸入空気流入通路部８の下流側は燃焼室３の周縁部に対して接線状に延びており、吸入空気流入通路部８の上流側はレイアウト上の理由から吸入空気流入通路部８の下流側に対して燃焼室３から離れる方向に若干折曲せしめられている。
【００１３】
図５は第１の吸気ポート４および第２の吸気ポート５を図解的に表した斜視図を示している。図１および図３から図５を参照すると吸入空気流入通路部８の上壁面１４は吸入空気流入通路部８の少くとも下流側において、第１の側壁面１２側に位置しかつ渦巻部７の上壁面１０に滑らかに接続する第１の上壁面１４ａと、第２の側壁面１３側に位置しかつ第１の上壁面１４ａよりも底壁面１５側に位置する第２の上壁面１４ｂとにより構成される。第１の上壁面１４ａに対して低い位置に第２の上壁面１４ｂが形成されている吸入空気流入通路部８部分の断面形状が図５においてハッチングで示されている。
【００１４】
図４（Ａ）〜（Ｃ）および図５からわかるように第１の上壁面１４ａは渦巻部７に向けて次第に横巾が狹ばまりつつ下降し、次いで上述した如く渦巻部７の上壁面１０に滑らかに接続される。この渦巻部７の上壁面１０は渦巻部７の周縁部に沿って徐々に下降しつつ渦巻部７の全周のほぼ３／４に亘って延びる。一方、第２の上壁面１４ｂの巾は吸入空気流入通路部８の下流側では底壁面１５の巾のほぼ１／３程度であって一定であり、吸入空気流入通路部８の上流側では上流に向かうに従って次第に狹くなる。
【００１５】
一方、図４（Ａ）〜（Ｃ）および図５に示されるように第１の上壁面１４ａおよび第２の上壁面１４ｂは吸入空気流入通路部８の横断面内においてはほぼ水平方向に延びており、これら第１の上壁面１４ａと第２の上壁面１４ｂとの間に位置する壁面１７は下向きの傾斜面からなる。この傾斜面１７の巾は渦巻部７に向けて次第に広くなる。一方、図３に示されるように第２の上壁面１４ｂも渦巻部７に向けて下降しており、この場合第２の上壁面１４ｂの傾斜角は第１の上壁面１４ａの傾斜角よりも大きい。
【００１６】
このように第１の上壁面１４ａと第２の上壁面１４ｂとを階段状に形成すると吸入空気流入通路部８内には図５においてハッチングＸで示される如く第１の側壁面１２の下方部、第２の側壁面１３、第２の上壁面１４ｂおよび底壁面１５によって画定された下層流路と、ハッチングＹで示される如く下層流路の上方であって下層流路と第１の上壁面１４ａ間に位置する上層流路とが形成される。即ち、吸入空気流入通路部８内には下層流路Ｘ内を流れる下層流と上層流路Ｙ内を流れる上層流との２つの流れが発生する。図６（Ａ）に図５の下層流路Ｘに関連する部分のみを取出した場合を示し、図６（Ｂ）に図５の上層流路Ｙに関連する部分のみを取出した場合を示す。
【００１７】
図８は図１の拡大図を示す。図３および図４（Ｃ）に示されるように吸気弁６が開弁すると吸気弁６と吸気弁６の弁座１８間には環状の吸気弁開口部１９が形成される。この場合、吸気弁６全開時に吸気弁６と吸気弁６の弁座１８間に形成される環状の吸気弁開口部１９のうちで、図８においてシリンダ軸線Ｏと吸気弁６の弁体の中心部とを含む平面Ｋに対し吸入空気流入通路部８と反対側に形成される吸気弁開口部領域が存在する。
【００１８】
この吸気弁開口部領域が図５、図６（Ａ）および図８においてＺで示されている。
この吸気弁開口部領域Ｚは図８において平面Ｋと燃焼室３周縁部側の吸気弁開口部１９との交差部から渦巻部７内における吸入空気流の旋回方向にほぼ９０度の範囲Ｍである。本発明では図５および図６（Ａ）からわかるように第１の側壁面１２の下方部、第２の側壁面１３、第２の上壁面１４ｂおよび底壁面１５は下層流路Ｘが吸気弁開口部領域Ｚに向けてまっすぐに延びるように構成されている。
【００１９】
このように下層流路Ｘが吸気弁開口部領域Ｚに向けてまっすぐに延びるように第２の上壁面１４ｂは図３に示される如く平面Ｋに対し第２の上壁面１４ｂと反対側に位置する吸気弁開口部１９の上端縁に向けて延びている。このように下層流路Ｘを形成すると下層流路Ｘ内を流れる下層流は吸気弁６の開弁時に、下層流路Ｘ内をまっすぐに進んだ後、図８において矢印Ｓで示すように吸気弁開口部領域Ｚから燃焼室３内に燃焼室３の周辺方向に向けて流入し、それによって燃焼室３内にはシリンダ軸線Ｏ回りの強力なスワールが発生せしめられる。
【００２０】
一方、上層流路Ｙ内を流れる上層流は吸気弁６の開弁時に上層流路Ｙ内を進んだ後、渦巻部７内で旋回し、図８において矢印Ｔで示されるように吸気弁開口部１９の全体から分散して燃焼室３内に流入する。このように吸入空気が吸気弁開口部１９の全体から流入させることによって吸入空気量を増大させることができる。即ち、上層流を旋回させないで燃焼室３内に流入させようとすると大部分の上層流は吸入空気流入通路部８とは反対側の吸気弁開口部のみから燃焼室３内に流入することになる。このことは実質的に吸気弁開口部の流路面積が小さくなっていることと同じであり、従って吸入空気量の増大は期待できない。
【００２１】
これに対して上層流に渦巻部７内で旋回流を与えると上層流は上述したように吸気弁開口部１９の全体から分散して燃焼室３内に流入する。このことは吸気弁開口部１９の流路面積が大きくなったことと同じであり、従って吸入空気量が増大するために充填効率が向上することになる。このように本発明において渦巻部７内で旋回流を生じさせるのは充填効率の向上のためであり、従来のようにスワールの発生のためではない。
【００２２】
一方、吸入空気を渦巻部７内で旋回させつつ燃焼室３内に流入させると旋回している吸入空気流全体がそのままスワール流に移行していくかのように思える。しかしながらスワールの発生に寄与するのは旋回する吸入空気流のうちの燃焼室３の周辺方向に向かう一部の吸入空気流であり、従って吸入空気を旋回しつつ燃焼室３内に流入させても実際には吸入空気の一部しかスワールの発生に寄与しない。即ち、スワールを発生させるためには本発明におけるように燃焼室３の周辺方向に向かう強力な吸入空気流を発生させることが最も効果的である。
【００２３】
このように本発明では第１の吸気ポート４内から燃焼室３内に燃焼室３の周辺方向に向けてまっすぐに流入する下層流によって燃焼室３内に強力なスワールが発生せしめられ、渦巻部７内で旋回した後に燃焼室３内に流入する上層流において吸入空気量が増大せしめられ、それにより高い充填効率を図りつつ強力なスワールを発生しうるようにしている。
【００２４】
次に図１および図７を参照しつつ第２の吸気ポート５について説明する。図１に示されるように第２の吸気ポート５は吸気弁２０の軸線回りに形成された渦巻部２１と、渦巻部２１から接線状に延びる吸入空気流入通路部２２とを具備するヘリカル型吸気ポートからなる。図７に示されるように渦巻部２１の出口部に当る燃焼室３の頂面１６上には吸気弁２０の弁体２０ａよりもわずかばかり大きな径を有する凹溝２３が形成されており、この凹溝２３内に吸気弁２０の弁体２０ａが配置されている。
【００２５】
このように吸気弁２０の弁体２０ａを凹溝２３内に配置すると吸気弁２０の弁体２０ａ周りから燃焼室３内に流出する吸入空気流は凹溝２３の周壁面２３ａによってシリンダ軸線方向に案内される。即ち、凹溝２３の周壁面２３ａは吸気弁２０の弁体２０ａ周りから流出する吸入空気流をシリンダ軸線方向に指向させるためのマスク壁を形成している。
【００２６】
前述したように第１の吸気ポート４および第２の吸気ポート５は燃焼室３に向けて次第に下降するように傾斜しており、第１の吸気ポート４の傾斜角に比べて第２の吸気ポート５の傾斜角が大きくされている。即ち、図２において第１の吸気ポート４の吸入空気流路部８の中心軸線をＬ1とし、第２の吸気ポート５の吸入空気流路部２２の中心軸線をＬ2とし、シリンダ軸線に垂直な基準面をＳ0とすると、第１の吸気ポート４の吸入空気流路部８の中心軸線Ｌ1と基準面Ｓ0とのなす角θ1に比べて第２の吸気ポート５の吸入空気流路部２２の中心軸線Ｌ2と基準面Ｓ0とのなす角θ2は大きくされている。
【００２７】
また、図１に示されるように第１の吸気ポート４に対し設けられている吸気弁６と第２の吸気ポート５に対し設けられている吸気弁２０は燃焼室３の一側に配置されており、これら第１の吸気ポート４および第２の吸気ポート５は対応する吸気弁６，２０から同一方向に延びている。更に図１からわかるように第１の吸気ポート４の渦巻部７と第２の吸気ポート５の渦巻部２１は吸入空気流がこれら渦巻部７，２１内で同一方向に旋回するように形成されている。
【００２８】
図２に示されるように第２の吸気ポート５の傾斜角θ2が大きく形成されているので第２の吸気ポート５からは吸入空気が下方に向けて燃焼室３内に流入する。従って第２の吸気ポート５内から燃焼室３内に流入する吸入空気流は、第１の吸気ポート４から流入する吸入空気流によって生成されたスワール流を減速させることがなく、斯くして充填効率を高めつつ強力なスワール流を確保することができる。
【００２９】
更に本発明による実施例では第２の吸気ポート５から燃焼室３内に流入する吸入空気流に対してマスク壁２３ａが設けられているのでこの吸入空気流は更に確実にシリンダ軸線方向に案内される。従って、第２の吸気ポート５から流入する吸入空気流とスワール流との干渉を更に回避することができる。
【００３０】
また、本発明による実施例では第２の吸気ポート５から燃焼室３内に流入する吸入空気は図７および図８において矢印Ｖで示すように第１の吸気ポート４から流入する吸入空気流の旋回方向Ｔと同一方向に旋回しつつ燃焼室３の下方に向かい、次いで第１の吸気ポート４からの吸入空気流により生成されたスワール流の下方において同一方向に旋回する。このように第１の吸気ポート４からの吸入空気流によって燃焼室３内の上方領域にスワール流が生成され、第２の吸気ポート５からの吸入空気流によって燃焼室３内の下方領域にもスワール流が生成されるので強力なスワールが得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】吸気ポートの平面図である。
【図２】図１の矢印IIに沿ってみた図解的に示す吸気ポートの側面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿ってみた第１の吸気ポートの断面図である。
【図４】図１に示される第１の吸気ポートの断面図であって、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は夫々図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿ってみた断面図である。
【図５】図解的に表した吸気ポートの斜視図である。
【図６】下層流路Ｘおよび上層流路Ｙを示す図である。
【図７】図１のVII−VII線に沿ってみた第２の吸気ポートの断面図である。
【図８】図１の拡大図である。
【符号の説明】
【００３２】
３    燃焼室
４    第１の吸気ポート
５    第２の吸気ポート
６，２０    吸気弁
７，２１    渦巻部
８，２２    吸入空気流入通路部
９    周壁面
１０    上壁面
１１    下端出口部
１２    第１の側壁面
１３    第２の側壁面
１４ａ    第１の上壁面
１４ｂ    第２の上壁面
１５    底壁面
１８    弁座
１９    吸気弁開口部
Ｘ    上層流路
Ｙ    下層流路
Ｚ    吸気弁開口部領域
【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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【図７】
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【図８】
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