(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】吸気ポート４の吸入空気流入通路部８の上壁面１４を第１の上壁面１４ａと、第１の上壁面１４ａよりも低い第２の上壁面１４ｂとにより構成し、第２の上壁面１４ｂの高さ位置を境にして下層流路Ｘと上層流路Ｙが形成される。第２の上壁面１４ｂは第２の側壁面１３から第１の側壁面１２に向けて次第に下降する傾斜面から形成される。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】
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、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の吸気ポートにおいて、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、該第２の上壁面は第２の側壁面から第１の側壁面に向けて次第に下降する傾斜面から形成されており、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、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する内燃機関の吸気ポート。
【請求項２】
上記第１の上壁面と上記第２の上壁面との間に位置しかつ上記第１の側壁面の上方部と対面する中間側壁面を具備しており、該中間側壁面の下端部と第２の上壁面とは鋭角をなして交わっている請求項１に記載の内燃機関の吸気ポート。
【請求項３】
上記第２の上壁面の下方に位置する上記底壁面部分が第２の側壁面から第１の側壁面に向けて次第に上昇する傾斜面から形成されており、該傾斜底壁面部分と第２の上壁面間に鳩尾形の断面形状を有する下層流路が形成される請求項１に記載の内燃機関の吸気ポート。
【請求項４】
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ポート。
【請求項５】
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吸気ポートに関する。
【背景技術】
【０００２】
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１を参照）。
【０００３】
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】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】
【０００４】
ところでこの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、その結果最大負荷運転時の出力が低下することになる。
【０００５】
この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ポートを見い出したのである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
即ち、本発明によれば、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、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の吸気ポートにおいて、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、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、第２の側壁面側に位置しかつ第１の上壁面よりも底壁面側に位置する第２の上壁面とにより構成し、第２の上壁面は第２の側壁面から第１の側壁面に向けて次第に下降する傾斜面から形成されており、下層流が流れる下層流路が第１の側壁面の下方部、第２の側壁面、第２の上壁面および底壁面によって画定され、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第１の上壁面間に形成され、第１の側壁面の下方部、第２の側壁面、第２の上壁面および底壁面を下層流路が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、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する。
【発明の効果】
【０００７】
下層流路内を流れる下層流によって強力な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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１から図３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。図１に示される実施例ではシリンダヘッド２内に一対の吸気ポート４，５が形成されており、また図１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。本発明は一対の吸気ポート４，５のうちの図１において実線で示される片方の吸気ポート４に関するものであり、従って以下この吸気ポート４についてのみ説明する。
【０００９】
図１から図３を参照すると、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２および図３（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２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。
【００１０】
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２）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。
【００１１】
図５は吸気ポート４を図解的に表した斜視図を示している。図１から図３および図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。
【００１２】
図３（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。
【００１３】
一方、図３（Ａ）〜（Ｃ）および図５に示されるように第１の上壁面１４ａ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いる。これに対し、第２の上壁面１４ｂは第２の側壁面１３から第１の側壁面１２に向けて次第に下降する傾斜面から形成されている。また、第１の上壁面１４ａと第２の上壁面１４ｂとの間に位置しかつ第１の側壁面１２の上方部と対面する中間側壁面１７を有しており、この中間側壁面１７の下端部と第２の上壁面１４ｂとは鋭角をなして交わっている。
【００１４】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）からわかるようにこの中間側壁面１７は下向きの傾斜面からなり、この中間側壁面１７の巾は渦巻部７に向けて次第に広くなる。一方、図２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。
【００１５】
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。
【００１６】
図４は図１の拡大図を示す。図２および図３（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４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。
【００１７】
この吸気弁開口部領域が図４、図５および図６（Ａ）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４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。
【００１８】
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２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４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回りのスワールが発生せしめられる。
【００１９】
ところで下層流路Ｘを第１の上壁面１４ａ下方の下層流路領域、即ち上層流路Ｙの下方に位置する下層流路領域Ｘ１と、第２の上壁面１４ｂ下方の下層流路領域Ｘ２とに分けて考えると、下層流路Ｘに沿って吸気弁開口部領域Ｚを見た場合、下層流路領域Ｘ１は吸気弁開口部面積が極めて小さくしか見えない周辺部の吸気弁開口部領域Ｚ１に向けて延びており、下層流路領域Ｘ２は吸気弁開口部面積が十分に広く見える正面の吸気弁開口部領域Ｚ２に向けて延びている。
【００２０】
従って下層流路領域Ｘ２を通って吸気弁開口部領域Ｚ２から燃焼室３の周縁部に接線状に流入する吸入空気の量は、下層流路領域Ｘ１を通って吸気弁開口部領域Ｚ１から燃焼室３の周縁部に接線状に流入する吸入空気の量に比べてはるかに多く、また下層流路領域Ｘ２を通って吸気弁開口部領域Ｚ２から燃焼室３の周縁部に接線状に流入する吸入空気の流速は、下層流路領域Ｘ１を通って吸気弁開口部領域Ｚ１から燃焼室３の周縁部に接線状に流入する吸入空気の流速よりも速い。
【００２１】
従って、燃焼室３内におけるスワールの発生については、下層流路領域Ｘ１を流れる吸入空気流よりも下層流路領域Ｘ２を流れる吸入空気流のほうがはるかに寄与しており、従って燃焼室３内に発生するスワールを強めるには下層流路領域Ｘ２を流れる吸入空気量をできる限り多くすることが必要となる。
【００２２】
本発明による実施例では図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示されるように第２の上壁面１４ｂは第２の側壁面１３から第１の側壁面１２に向けて次第に下降する傾斜面から形成されている。従って第２の上壁面１４ｂ下方の下層流路領域Ｘ２を流れる吸入空気流は第２の上壁面１４ｂによって第２の側壁面１３側に押しやられ、第２の側壁面１３に沿って流れる。即ち、第２の上壁面１４ｂ下方の下層流路領域Ｘ２を流れる吸入空気は下層流路領域Ｘ１或いは上層流路Ｙ内に流出することなく下層流路領域Ｘ２を流れるので燃焼室３内に強力なスワールを発生できることになる。
【００２３】
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内を選んだ後、渦巻部７内で旋回し、図４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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
このように本発明では吸気ポート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。
【００２７】
図７および図８に別の実施例を示す。この実施例では第２の上壁面１４ｂの下方に位置する底壁面部分１５ａが第２の側壁面１３から第１の側壁面１２に向けて次第に上昇する傾斜面から形成されており、この傾斜底壁面部分１５ａと第２の上壁面１４ｂ間に鳩尾形の断面形状を有する下層流路領域Ｘ２が形成される。なお、この実施例では傾斜底壁面部分１５ａは底壁面１５上に形成された隆起部２０上に形成されている。
【００２８】
このように第２の上壁面１４ｂの下方に傾斜底壁面部分１５ａを形成すると下層流路領域Ｘ２を流れる吸入空気流は第２の上壁面１４ｂに加え傾斜底壁面部分１５ａによっても第２の側壁面１３側に押しやられる。従って下層流路領域Ｘ２を流れる吸入空気は下層流路領域Ｘ１或いは上層流路Ｙ内に流出するのが更に阻止され、斯くして燃焼室３内には更に強力なスワールを発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】吸気ポートの平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿ってみた吸気ポートの断面図である。
【図３】図１に示される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４】図１の拡大図である。
【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３（Ａ）および図３（Ｂ）と同様な断面を示す吸気ポートの別の実施例の断面図である。
【図８】図解的に表した吸気ポートの別の実施例の斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
３    燃焼室
４，５    吸気ポート
６    吸気弁
７    渦巻部
８    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
１５ａ    傾斜底壁面部分
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】
2008038656.tif 000003
【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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