(57)【要約】【課題】  高いスワール比と高流量との両立を実現する新たな構成の内燃機関の吸気装置を提供する。【解決手段】  本発明の内燃機関の吸気装置は、シリンダボア４と連通すると共に吸気ガスを旋回させる渦巻部２３を有する少なくとも一つのヘリカル吸気ポート２１を具備し、吸気弁７の開閉によって渦巻部からシリンダボアへの吸気ガスの流通が制御される。また、吸気装置は、吸気弁が開いたときに、渦巻部の流出領域のうちシリンダボアの壁面に近い特定の領域３０から、吸気弁のバルブフェイス２８にほぼ平行に且つシリンダボアの接線方向に吸気ガスが流出するように吸気ガスを案内する案内手段を備える。【選択図】      図４
2005240666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダボアと連通すると共に吸気ガスを旋回させる渦巻部を有する少なくとも一つのヘリカル吸気ポートを具備し、吸気弁の開閉によって該渦巻部からシリンダボアへの吸気ガスの流通が制御される内燃機関の吸気装置において、
上記吸気弁が開いたときに、上記渦巻部の流出領域のうち上記シリンダボアの壁面に近い特定の領域から、上記吸気弁のバルブフェイスにほぼ平行に且つ上記シリンダボアの接線方向に吸気ガスが流出するように吸気ガスを案内する案内手段を備えた内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
各気筒に対して複数のヘリカル吸気ポートが設けられ、各ヘリカル吸気ポート毎に案内手段が設けられる請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
上記案内手段として、上記渦巻部の軸線を上記吸気弁のステム軸線に対して傾斜させ、上記渦巻部の軸線の傾斜角度を、上記特定の領域から上記吸気弁のバルブフェイスにほぼ平行に且つ上記シリンダボアの接線方向に上記吸気ガスが流出するような角度にした請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項４】
上記案内手段として、少なくとも上記シリンダボアの中心に近い側の上記渦巻部の内壁面を上記吸気弁のステム軸線に対して傾斜させた請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項５】
上記案内手段として、少なくとも上記シリンダボア中心に近い側の上記渦巻部の内壁面に、該内壁面から突出する突出部を設けた請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項６】
上記突出部は、その突出度合を突出状態と非突出状態との少なくとも二段階に調整可能な可変突出部であり、該可変突出部は、突出状態にあるときには上記外側領域において上記吸気ガスが上記吸気弁のバルブフェイスにほぼ平行に且つ該シリンダボアの接線方向に渦巻部から流出するように吸気ガスを案内し、非突出状態にあるときには上記突出状態にあるときと比べて上記渦巻部の内壁面からの突出度合が小さい請求項５に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項７】
上記可変突出部は上記吸気弁のステム軸線とほぼ垂直な軸線を中心に回転可能な可変フラップである請求項６に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項８】
上記可変突出部は上記吸気弁のステム軸線とほぼ平行な軸線を中心に回転可能なカム状部材である請求項６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し、特にヘリカル吸気ポートを具備する内燃機関の吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関では、燃焼室（シリンダボア）内に供給された吸気ガスに旋回流（スワール）を発生させて、燃焼室内での空気と燃料との混合を促進させ、燃焼室内で効率的な燃焼を行わせるようにしているものがあり、このように吸気ガスにスワールを発生させるための一つの手段としてヘリカル吸気ポートが知られている。
【０００３】
ヘリカル吸気ポートにおいては、シリンダボアに通じる吸気ポートの先端部が渦巻状になっており（以下、「渦巻部」と称す）、また、この渦巻部に通じるポート導入部が湾曲している。このため、ヘリカル吸気ポートを通って流れる吸気ガスは渦巻部内で旋回流となり、そして吸気ガスがこの旋回流の速度成分をもったまま燃焼室内に流入することにより燃焼室内の吸気ガスにスワールが発生せしめられる。
【０００４】
ヘリカル吸気ポートでは吸気ガスの流路断面積を小さくすることによりスワールを強めることができるが、その一方で、流路断面積を小さくすることでヘリカル吸気ポートを通って燃焼室内に流入する吸気ガス（以下、「流入吸気ガス」と称す）の流量の減少を招いてしまう。したがってヘリカル吸気ポートを用いる場合、スワールを強めるために流路断面積を小さくするほど流入吸気ガスの流量が少なくなり、逆に流入吸気ガスの流量を多くするために流路断面積を大きくすると燃焼室内で発生するスワールは弱くなる。すなわち、スワールの強さと吸気ガスの流量とはトレードオフの関係にあり、高いスワール比と高流量とを両立させるのは困難である。
【０００５】
特許文献１には、ヘリカル吸気ポートの渦巻部内壁に吸気流線が一様な螺旋状を形成してシリンダ内に流入するように吸気ガスを誘導するリブを配設した吸気ポートが開示されている。この吸気ポートでは、リブにより渦巻部内で吸気ガスの流れの逆流や乱流等が生じるのが抑制され、結果として吸気ガスの流れの乱れによるエネルギ損失が低減され、流入吸気ガスの流量の減少が抑制される。これにより特許文献１の吸気ポートでは燃焼室内に生じるスワールを強いまま維持しつつ流入吸気ガスの流量を比較的多いものとすることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開平０５−０１８２５２号公報
【特許文献２】特開平０８−２４６８８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１における高いスワール比と高流量との両立は完全ではなく、依然として高いスワール比と高流量との両立に対する要請は高い。このため、上記特許文献とは異なる構成で、より高い次元で高スワールと高流量との両立を実現するヘリカル吸気ポートの開発が望まれている。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、高いスワール比と高流量との両立を実現する新たな構成の内燃機関の吸気装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、第１の発明では、シリンダボアと連通すると共に吸気ガスを旋回させる渦巻部を有する少なくとも一つのヘリカル吸気ポートを具備し、吸気弁の開閉によって該渦巻部からシリンダボアへの吸気ガスの流通が制御される内燃機関の吸気装置において、上記吸気弁が開いたときに、上記渦巻部の流出領域のうち上記シリンダボアの壁面に近い特定の領域から、上記吸気弁のバルブフェイスにほぼ平行に且つ上記シリンダボアの接線方向に吸気ガスが流出するように吸気ガスを案内する案内手段を備えた。
第１の発明によれば、上記特定の領域から吸気弁のバルブフェイスにほぼ平行に且つシリンダボアの接線方向に吸気ガスが流出しやすくなる。このように吸気ガスが流出すると、渦巻部内の吸気ガスの旋回流のもつ旋回方向速度成分がそのままシリンダボア内の吸気ガスのスワールの旋回方向速度成分として利用されるようになるため、シリンダボア内の吸気ガスのスワールを強いものとすることができる。また、案内手段を吸気ガスに対する大きな吸気抵抗とならないようなものにすれば、流入吸気ガスの流量を減少させることなくスワール比を高くすることができる。
【００１０】
第２の発明では、第１の発明において、各気筒に対して複数のヘリカル吸気ポートが設けられ、各ヘリカル吸気ポート毎に案内手段が設けられる。
第２の発明によれば、各ヘリカル吸気ポートとも上記特定の領域からシリンダボアの接線方向に吸気ガスが流出しやすくなる。このようにして流出する吸気ガスは、隣り合う吸気ポートから流出する吸気ガスを互いに打ち消すような方向の速度成分をほとんどもっておらず、共にシリンダボア内の吸気ガスのスワールを強めるように作用する。このため、シリンダボア内の吸気ガスのスワールを強めることができる。
【００１１】
第３の発明では、第１または第２の発明において、上記案内手段として、上記渦巻部の軸線を上記吸気弁のステム軸線に対して傾斜させ、上記渦巻部の軸線の傾斜角度を、上記特定の領域から上記吸気弁のバルブフェイスにほぼ平行に且つ上記シリンダボアの接線方向に上記吸気ガスが流出するような角度にした。
第３の発明によれば、渦巻部を吸気弁のステム軸線に対して傾斜させるだけなので、大きな吸気抵抗となることなく吸気ガスを案内することができる。
【００１２】
第４の発明では、第１または第２の発明において、上記案内手段として、少なくとも上記シリンダボアの中心に近い側の上記渦巻部の内壁面を上記吸気弁のステム軸線に対して傾斜させた。
【００１３】
第５の発明では、第１〜第４の発明において、上記案内手段として、少なくとも上記シリンダボア中心に近い側の上記渦巻部の内壁面に、該内壁面から突出する突出部を設けた。
【００１４】
第６の発明では、第５の発明において、上記突出部は、その突出度合を突出状態と非突出状態との少なくとも二段階に調整可能な可変突出部であり、該可変突出部は、突出状態にあるときには上記外側領域において上記吸気ガスが上記吸気弁のバルブフェイスにほぼ平行に且つ該シリンダボアの接線方向に渦巻部から流出するように上記吸気ガスを案内し、非突出状態にあるときには上記突出状態にあるときと比べて上記渦巻部の内壁面からの突出度合が小さい。
第６の発明によれば、突出部の突出度合を変えることにより、シリンダボア内の吸気ガスのスワール比と流入吸気ガスの流量とを調整することができる。特に、突出部が突出状態にあるときにはスワールを強くすることができ、突出部が非突出状態にあるときには流入吸気ガスの流量を多くすることができる。
【００１５】
第７の発明では、第６の発明において、上記可変突出部は上記吸気弁のステム軸線と垂直な軸線を中心に回転可能な可変フラップである。
【００１６】
第８の発明では、第６の発明において、上記可変突出部は上記吸気弁のステム軸線と平行な軸線を中心に回転可能なカム状部材である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、大きな吸気抵抗にならない案内手段を用いれば、流入吸気ガスの流量を減少させることなくシリンダボア内の吸気ガスのスワールを強めることができるため、高いスワール比と高流量との両立を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。まず、図１および図２を参照して従来のヘリカル吸気ポートについて説明する。図１は、吸気ポートおよび吸気弁周辺の平面図であり、図２は図１のII−II線における吸気ポートおよび吸気弁周辺の拡大断面図である。
【００１９】
図１および図２に示したように、内燃機関１は、シリンダブロック２とこのシリンダブロック上に配置されたシリンダヘッド３とを有する。シリンダブロック２には、所定間隔で複数のシリンダボア４が設けられる。各シリンダボア４内ではピストン（図示せず）が往復動し、シリンダボア４とピストンとの間には燃焼室が画成される。
【００２０】
各シリンダボア４に対して、二つの吸気ポート５、６と二つの排気ポート（図示せず）とが連通せしめられる。これら吸気ポート５、６および排気ポートはシリンダヘッド３内に設けられる。吸気ポート５、６とシリンダボア４との間には吸気弁７が配置され、吸気弁７の開閉により吸気ポート５、６とシリンダボア４とが流体的に接続したり遮断したりせしめられる。各吸気弁７は、実際に弁として作用する弁体８とこの弁体に連結されたステム９とを有し、このステム９に沿って往復動する。同様に、排気ポートとシリンダボア４との間には排気弁が配置され、排気弁は排気ポートとシリンダボア４とを流体的に接続したり遮断したりする。
【００２１】
吸気ポート５、６は、その先端に設けられ且つシリンダボア４と連通する渦巻状の部分（以下、「渦巻部」と称す）１０と、この渦巻部１０に通じ且つ入口端部１１において吸気マニホルド（図示せず）に連結せしめられるポート導入部１２とを有するヘリカル吸気ポートとなっている。渦巻部１０は、ポート導入部１２から渦巻部１０に流入した吸気ガスが渦巻部１０内で吸気弁７のステム１１の軸線Ａを中心に旋回流を形成するような形状となっている。すなわち、渦巻部１０は吸気弁７のステム１１の軸線Ａを中心とした渦巻形状となっている。したがって、ポート導入部１２から渦巻部１０に流入した吸気ガスは渦巻部１０内で吸気弁７のステム１１の軸線を中心に旋回しつつ、渦巻部１０の下方に位置し且つシリンダボア４に面する渦巻部の領域（以下、「流出領域」と称す）１３を介してシリンダボア４内に流出することになる。また、ポート導入部１２は、渦巻部１０内で発生する吸気ガスの旋回流を強めるように、渦巻部１０に対して僅かにオフセットして連結される。さらに、ポート導入部１２は、渦巻部１０に流入する吸気ガスの流速を速めて渦巻部１０内で発生する吸気ガスの旋回流を強めるために、吸気ガスの流路断面積を小さくした領域（以下、「小断面領域」と称す）１４を有する。
【００２２】
したがって、ヘリカル吸気ポート５、６を通過する吸気ガスは、入口端部１１からポート導入部１２に流入し、ポート導入部１２の小断面領域１４を通ってその流速が速められる。その後、流速の速くなった吸気ガスは渦巻部１０に流入し、渦巻部１０内では図２に矢印で示したように吸気ガスに強い旋回流が与えられる。渦巻部１０内の吸気ガスは旋回方向速度成分をもったまま渦巻部１０の流出領域１３を通ってシリンダボア４内に流出する。渦巻部１０からシリンダボア４に流出する吸気ガスが旋回方向速度成分をもっているため、シリンダボア４内の吸気ガスはシリンダボア４内でスワール（旋回流）を形成する。このように、ヘリカル吸気ポート５、６を用いることにより、シリンダボア４内に吸気ガスのスワールを発生させることができる。
【００２３】
次に、図３および図４を参照して本発明の第一実施形態の吸気装置について説明する。図３は図１と同様な図であり、第一実施形態の吸気装置の平面図を示し、図４は図２と同様な図であり、図３のIV−IV線に沿ったヘリカル吸気ポートの渦巻部の拡大断面図を示す。なお、図１および図２に示した従来の吸気装置と同様な構成要素には同一の参照番号を付した。
【００２４】
第一実施形態のヘリカル吸気ポート２１、２２は基本的に図１および図２に示した従来のヘリカル吸気ポート５、６と同様な形状である。しかしながら、本実施形態のヘリカル吸気ポート２１、２２の渦巻部２３、２４の形状は従来のヘリカル吸気ポート５、６の形状とは異なっている。特に、従来のヘリカル吸気ポート５、６の渦巻部１０の軸線が吸気弁７のステム９の軸線Ａと同軸であるのに対して、本実施形態のヘリカル吸気ポート２１、２２の渦巻部２３、２４の軸線Ｂは吸気弁７のステム９の軸線Ａに対して傾斜している。なお、本実施形態においては、第一ヘリカル吸気ポート２１と第二ヘリカル吸気ポート２２との同様な二つのヘリカル吸気ポートが設けられるが、以下、そのうちの一方のヘリカル吸気ポート２１についてのみ説明する。
【００２５】
特に、本実施形態では、渦巻部２３の軸線Ｂは、図４に示したように吸気弁７のステム９の軸線Ａに対して、シリンダボア４の径方向内側に所定の傾斜角度θ1で傾いている。すなわち、渦巻部２３の内壁面のうちシリンダボア４の中心に近い壁面（以下、「中心側内壁面」と称す）２５は、図２に示した従来のヘリカル吸気ポート５の渦巻部１０の中心側内壁面に対して、シリンダボア４の径方向内側に所定の傾斜角度θ1で傾いており、渦巻部２３の内壁面のうちシリンダボア４の壁面に近い壁面（以下、「外側内壁面」と称す）２６は、図２に示した従来のヘリカル吸気ポート５の渦巻部１０の外側内壁面に対してシリンダボア４の径方向内側に所定の傾斜角度θ1で傾いている。さらに、渦巻部２３の内壁面のうちシリンダボア４から離れた壁面（以下、「天井内壁面」と称す）２７は、渦巻部２３の中心側内壁面２５、外側内壁面２６の傾斜に合わせて、図２に示した従来のヘリカル吸気ポート５の渦巻部１０の天井内壁面に対して所定の傾斜角度θ1で傾いている。
【００２６】
このように渦巻部２３の軸線Ｂを吸気弁７のステム９の軸線Ａに対して傾斜させることで、渦巻部２３に流入した吸気ガスに発生する旋回流の旋回軸線は、渦巻部２３の軸線Ｂとほぼ同軸となり、ステム９の軸線Ａに対してシリンダボア４の径方向内側に所定の傾斜角度θ1で傾く。すなわち、従来のヘリカル吸気ポート５の渦巻部１０では吸気ガスは図２に矢印で示したように吸気弁７のステム９の軸線Ａ回りで螺旋状に流れるのに対して、本実施形態のヘリカル吸気ポート２１の渦巻部２３では吸気ガスは図４に矢印で示したように吸気弁７のステム９の軸線Ａに対して所定の傾斜角度θ1である軸線Ｂ回りで螺旋状に流れる。
【００２７】
このように渦巻部２３内に軸線Ｂ回りの吸気ガスの旋回流を発生させることにより、渦巻部２３の流出領域１３のうちシリンダボア４の中心に近い領域（以下、「中心側流出領域」と称す）２９において、渦巻部２３から流出しようとする吸気ガスの速度成分のうち吸気弁７の弁体８のバルブフェイス２８に対して垂直方向の速度成分は大きいものとなる。一方、渦巻部２３の流出領域１３のうちシリンダボア４の壁面に近い領域（以下、「外側流出領域」と称す）３０においては、渦巻部２３から流出しようとする吸気ガスの速度成分のうち吸気弁７の弁体８のバルブフェイス２８に対して垂直方向の速度成分は小さいものとなる。このため、中心側流出領域２９では渦巻部２３から流出しようとする吸気ガスは弁体８のバルブフェイス２８に当たるように流れるため中心側流出領域２９からシリンダボア４内に流出しにくく、一方、外側流出領域３０では吸気ガスは弁体８のバルブフェイス２８に沿うように、すなわちバルブフェイス２８とほぼ平行に流れるため外側流出領域３０からシリンダボア４内に流出し易い。
【００２８】
換言すると、本実施形態のヘリカル吸気ポート２１によれば、外側流出領域３０からシリンダボア４内に流出する吸気ガスが弁体８のバルブフェイス２８とほぼ平行に流れるように吸気弁７のステム９の軸線Ａに対する渦巻部２３の軸線Ｂの傾斜角度θ1が定められる。すなわち、渦巻部２３は、この渦巻部２３に流入した吸気ガスを外側流出領域３０から吸気弁７の弁体８のバルブフェイス２８とほぼ平行に流出させるように案内する。このように、本実施形態のヘリカル吸気ポート２１では、上述したように渦巻部２３の軸線Ｂの傾斜角度θ1を定めることにより、吸気ガスの多くが中心側流出領域２９でなく外側流出領域３０からバルブフェイス２８とほぼ平行にシリンダボア４に流出するようになる。
【００２９】
ところで、吸気ガスは、渦巻部２３内で旋回しているため、渦巻部２３からシリンダボア４内に渦巻部２３の接線方向に向かって流出する。上述したように外側流出領域３０は渦巻部２３の流出領域１３のうちシリンダボア４の壁面に近い領域であり、よって渦巻部２３の流出領域１３のうち最もシリンダボア４の径方向外側に位置する領域である。したがって、外側流出領域３０においては渦巻部２３の接線方向とシリンダボア４の接線方向とが同一の方向となっており、よって外側流出領域３０において吸気ガスはシリンダボア４の接線方向に、すなわちシリンダボア４の周方向にシリンダボア４に流出する。
【００３０】
一方、中心流出領域２９は流出領域１３のうちシリンダボア４の中心に近い領域であり、よって渦巻部２３の流出領域のうち最もシリンダボア４の径方向内側に位置する領域である。したがって、中心流出領域２９においても吸気ガスはシリンダボア４の接線方向に、すなわちシリンダボアの流方向にシリンダボア４に流出する。
【００３１】
しかしながら、中心側流出領域２９から流出する吸気ガスと外側流出領域３０から流出する吸気ガスとは、シリンダボア４の周方向において逆向きにシリンダボア４内に流出する。したがって、中心流出領域２９から流出せしめられる吸気ガスがシリンダボア４内に生成しようとするスワールの旋回方向と、外側流出領域３０から流出する吸気ガスがシリンダボア４内に生成しようとするスワールの旋回方向は逆向きとなる。ここで、図１および図２に示した従来のヘリカル吸気ポート５では、中心流出領域と外側流出領域とからほぼ同量の吸気ガスが流出せしめられるため、各流出領域から流出した吸気ガスが生成しようとするスワールが互いに打ち消し合い、結果としてシリンダボア４内に生成されるスワールは比較的弱いものとなってしまう。
【００３２】
これに対して、本実施形態のヘリカル吸気ポート２１によれば、中心流出領域２９からシリンダボア４内に流出する吸気ガスは、外側流出領域３０から流出する吸気ガスに比べてかなり少ない。このため、外側流出領域３０から流出する吸気ガスがシリンダボア４内に生成しようとするスワールは、中心側流出領域２９から流出する吸気ガスによってはほとんど打ち消されず、その結果、シリンダボア４内には比較的強いスワールが生成される。
【００３３】
このように本実施形態のヘリカル吸気ポート２１によれば、渦巻部２３の外側流出領域３０から吸気ガスをバルブフェイス２８とほぼ平行に流出させること、外側流出領域３０からシリンダボア４の接線方向に吸気ガスを流出させること、渦巻部２３の中心側流出領域２９よりも外側流出領域３０から吸気ガスを多量に流出させること等により、シリンダボア４内に流出する吸気ガスの流量を多く維持しつつ、シリンダボア４内の吸気ガスに生じるスワールを強いものとすることができる。
【００３４】
この様子を図５に示す。同一のヘリカル吸気ポートにおけるシリンダボア４内に流出する吸気ガスの流量と、シリンダボア４内の吸気ガスに生じるスワールの強さ（スワール比）との関係を示している。図中、線αは渦巻部２３の外側流出領域３０から吸気ガスをバルブフェイス２８とほぼ平行に且つシリンダボア４の接線方向に吸気ガスを流出させるようにした場合を示しており、線βは図１および図２に示した従来のヘリカル吸気ポートを用いた場合を示している。
【００３５】
図５の線αおよび線βの両方から分かるように、ヘリカル吸気ポートでは、シリンダボア４内に流出する吸気ガスの流量とスワール比とは一般に反比例関係、あるいはトレードオフの関係にあり、流量を多くしようとするとスワール比が小さくなり、スワール比を大きくしようとすると流量が少なくなってしまう。このため、高流量と高スワールとの両立は困難であった。
【００３６】
これに対して、本発明のヘリカル吸気ポート（線α）におけるスワール比は、吸気ガスの流量が同一であれば従来のヘリカル吸気ポート（線β）におけるスワール比よりも高く、本発明のヘリカル吸気ポートにおける吸気ガスの流量はスワール比が同一であれば従来のヘリカル吸気ポートにおける吸気ガスの流量よりも多い。このことから、本発明のヘリカル吸気ポートによれば、従来のヘリカル吸気ポートに比べて高い次元で高流量と高スワールとの両立を実現することができる。
【００３７】
なお、上記実施形態では、渦巻部２３の軸線Ｂは吸気弁７のステム９の軸線Ａに対してシリンダボア４の径方向内側に所定の傾斜角度θ1で傾斜させることとしているが、渦巻部２３を傾斜させることによって渦巻部２３の外側流出領域３０から吸気弁７のバルブフェイス２８にほぼ平行に且つシリンダボア４の接線方向に吸気ガスが流出するように吸気ガスを案内することができれば渦巻部２３の軸線Ｂの傾斜方向はシリンダボア４の径方向内側に限らず他の方向であってもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、渦巻部２３の軸線Ｂを傾斜させており、よって渦巻部２３全体、すなわち中心側内壁面２５、外側内壁面２６、天井内壁面２７の全てを傾斜させることとしているが、渦巻部２３の外側流出領域３０から吸気弁７のバルブフェイス２８にほぼ平行に且つシリンダボア４の接線方向に吸気ガスが流出するように渦巻部２３によって吸気ガスを案内することができれば中心側内壁面２５、外側内壁面２６、天井内壁面２７のうち少なくともいずれか一つの壁面のみを傾斜させるようにしてもよい。
【００３９】
ところで、上述したように図１および図２に示した従来のヘリカル吸気ポートでは、吸気ガスはヘリカル吸気ポートの渦巻部の流出領域から渦巻部の接線方向に渦巻部の全周に亘ってほぼ均等に流出するため、例えば一気筒当たり複数の吸気ポートが設けられる場合、隣り合ったヘリカル吸気ポートの渦巻部の流出領域のうち互いに近接した領域から流出する吸気ガス同士が干渉して流れの乱れを生じさせ、結果として各ヘリカル吸気ポートの渦巻部内の旋回流から有効にシリンダボア内の吸気ガスのスワールを発生させることが困難となってしまう。したがって、従来のヘリカル吸気ポートでは、一気筒当たり複数のヘリカル吸気ポートが設けられると、各ヘリカル吸気ポートから流出した吸気ガス同士が互いに干渉することにより、シリンダボア内に生じる吸気ガスのスワールを効果的に強いものとすることができなかった。
【００４０】
ここで、本実施形態では、第一ヘリカル吸気ポート２１の渦巻部２３だけでなく第二ヘリカル吸気ポートの渦巻部２４も吸気弁７のステム９の軸線Ａに対してシリンダボア４の径方向内側に所定の傾斜角度θ2（図示せず）で傾いている。この所定の傾斜角度θ2は、第一ヘリカル吸気ポート２１の渦巻部２３の傾斜角度θ1とは異なる角度であり、第二ヘリカル吸気ポート２２の渦巻部２４がこの渦巻部２４の外側流出領域３０から吸気弁７のバルブフェイス２８にほぼ平行に且つシリンダボア４の接線方向に吸気ガスが流出するように吸気ガスを案内するような角度である。
【００４１】
このように両ヘリカル吸気ポート２１、２２において渦巻部２３、２４の外側流出領域３０から吸気ガスが流出するように吸気ガスを案内することにより、いずれのヘリカル吸気ポート２１、２２の渦巻部２３、２４においても内側流出領域２９よりも外側流出領域３０から吸気ガスがシリンダボア４内に流出する。図１および図３から分かるようにヘリカル吸気ポート２１、２２の渦巻部２３、２４の流出領域１３のうち互いに近接した領域は渦巻部２３、２４の内側流出領域２９近傍に位置するため、外側流出領域３０から吸気ガスが流出するようにすることで上記互いに近接した領域から流出する吸気ガスの量が少ないものとなる。これにより、本実施形態では上記互いに近接した領域から流出する吸気ガス同士の干渉が低減せしめられ、結果として各ヘリカル吸気ポートの渦巻部内に発生した旋回流から有効にシリンダボア内の吸気ガスにスワールを発生させることができるようになる。
【００４２】
なお、上述したように第一ヘリカル吸気ポート２１の渦巻部２３の傾斜角度θ1と第二ヘリカル吸気ポート２２の渦巻部２４の傾斜角度θ2とが異なるのは、特に、ポート導入部１２から渦巻部２３、２４への吸気ガスの流入方向および流入位置が異なるためである。すなわち、第一ヘリカル吸気ポート２１では、吸気ガスはポート導入部１２から渦巻部２３の外側内壁面２６近傍においてシリンダボア４の接線方向と同様な方向に流入するのに対して、第二ヘリカル吸気ポート２３では、吸気ガスはポート導入部１２から渦巻部２３の外側内壁面２６と内側内壁面２５との間に位置する内壁面においてシリンダボア４の径方向と同様な方向に流入する。このため、第二ヘリカル吸気ポート２２の渦巻部２４の傾斜角度θ2を第一ヘリカル吸気ポート２１の渦巻部２３の傾斜角度θ1と同一の角度にすると、渦巻部２４の外側流出領域３０から流出する吸気ガスが吸気弁７のバルブフェイス２８に平行に流れなくなってしまう。そのため、渦巻部２４の傾斜角度θ2と渦巻部２２の傾斜角度θ1は異なる角度とされる。
【００４３】
また、上記実施形態では第二ヘリカル吸気ポート２２の渦巻部２４の軸線Ｂを吸気弁７のステム９の軸線に対してシリンダボア４の径方向内側に所定の傾斜角度θ2で傾斜させることとしているが、第一ヘリカル吸気ポート２１の渦巻部２３と同様に渦巻部２４の軸線Ｂの傾斜方向はシリンダボア４の径方向内側に限らず他の方向であってもよい。さらに、第一ヘリカル吸気ポート２１の渦巻部２３と同様に、渦巻部２４全体を傾斜させなくてもよく、渦巻部２４の外側流出領域３０から吸気弁７のバルブフェイス２８にほぼ平行に且つシリンダボア４の接線方向に吸気ガスが流出するように渦巻部２４によって吸気ガスを案内することができれば中心側内壁面２５、外側内壁面２６、天井内壁面２７のうち少なくともいずれか一つの壁面のみを傾斜させるようにしてもよい。
【００４４】
次に、図６〜図８を参照して本発明の第二実施形態について説明する。図６は第二実施形態のヘリカル吸気ポート４０を模式的に示す平面図、図７は図６のVII−VII線に沿ったヘリカル吸気ポート４０の渦巻部４１の拡大断面図、図８は図６のVIII−VIII線に沿ったヘリカル吸気ポート４０の渦巻部４１の拡大断面図をそれぞれ示す。
【００４５】
図６〜図８から分かるように、第二実施形態のヘリカル吸気ポート４０の形状は基本的に図１および図２に示したヘリカル吸気ポート５と同様な形状である。しかしながら、図７および図８に示したように、渦巻部４１の中心側内壁面２５にはこの内壁面から突出するフラップ（突出部）４２が設けられる。フラップ４２は、図７に示したように、渦巻部４１の内壁面から吸気弁７のステム９の軸線Ａに向かってこの軸線Ａに垂直な平面に対して所定の角度（以下、「中心向き角度」と称す）θ3で傾いた状態で配置される。さらに、フラップ４２は、図８に示したように、渦巻部４１内での吸気ガスの旋回方向においてステム９の軸線Ａに垂直な平面に対して所定の角度（以下、「旋回方向角度」と称す）θ4で傾いた状態で配置される。
【００４６】
フラップ４２は、図７に矢印で示したように、その上面で、渦巻部４１内で旋回する吸気ガスが渦巻部４１の外側流出領域３０から吸気弁７の弁体８のバルブフェイス２８にほぼ平行に流出するように吸気ガスを案内する。したがって、フラップ４２の中心向き角度θ3および旋回方向角度θ4は、吸気ガスがこのように案内されるような角度とされる。これにより、渦巻部４１内で旋回する吸気ガスは外側流出領域３０から流出し易くなる。
【００４７】
さらに、フラップ４２は渦巻部４１の中心側内壁面２５に設けられる。したがって、渦巻部４１の中心側内壁面２５近傍の吸気ガスの軸線Ａ方向下向きの速度成分は小さくなり、よって中心側流出領域２９からは吸気ガスがシリンダボア４内に流出しにくい。このことによっても、渦巻部４１内で旋回する吸気ガスは外側流出領域３０から流出し易い。
【００４８】
また、渦巻部４１内で旋回流を形成した吸気ガスは渦巻部４１の接線方向にシリンダボア４内に流出する。よって、本実施形態においても、渦巻部４１の外側流出領域３０から流出する吸気ガスはシリンダボア４の接線方向へ向かう。
【００４９】
さらに、図８に示したように、渦巻部４１の中心側内壁面２５と外側内壁面２６との間に位置する内壁面であって渦巻部４１内の旋回流の流れ方向においてフラップ４２の下流に位置する内壁面（以下、「側方内壁面」と称す）４３には溝４４が設けられる。溝４４は側方内壁面４３の表面から凹むように、且つステム９の軸線Ａに垂直な平面に対して僅かな角度をもって傾斜して渦巻部４１の周方向に延びる。溝４４は、フラップ４２の下面に沿って流れる吸気ガスの旋回流を、渦巻部４１の外側流出領域３０から吸気弁７の弁体８のバルブフェイス２８にほぼ平行に流出するように案内する。溝４４がない場合には、フラップ４２の下面に沿って流れる吸気ガスの多くはフラップ４２によって側方内壁面４３近傍からシリンダボア４内に流出してしまうが、溝４４が存在することにより、フラップ４２の下面に沿って流れる吸気ガスも外側流出領域３０からバルブフェイス２８にほぼ平行に流出せしめられる。
【００５０】
したがって、第二実施形態のヘリカル吸気ポート４０の渦巻部４１によれば、フラップ４２および溝４４の存在により、第一実施形態の渦巻部２３、２４と同様に、渦巻部４１の外側流出領域３０から吸気弁７の弁体８のバルブフェイス２８にほぼ平行に且つシリンダボア４の接線方向に吸気ガスが流出するように吸気ガスが案内され、よってシリンダボア４内に流出する吸気ガスの流量を多くすることとスワール比を大きいものにすることとが両立せしめられる。
【００５１】
なお、上述したように、フラップ４２の存在により中心側流出領域２９からは吸気ガスがシリンダボア４内に流出しにくい。すなわち、二つのヘリカル吸気ポート４０の渦巻部の流出領域１３のうち互いに近接した領域から流出する吸気ガスの量は少ないものとなる。これにより、本実施形態では上記互いに近接した領域から流出する吸気ガス同士の干渉が低減せしめられ、結果として各ヘリカル吸気ポートの渦巻部内に発生した旋回流から有効にシリンダボア内の吸気ガスにスワールを発生させることができるようになる。
【００５２】
また、図８においてフラップ４２は渦巻部４１の内壁面に沿う方向において直線的な形状となるように示されているが、フラップ４２は上記方向において直線的でなく湾曲していてもよく、特に、渦巻部４１の外側流出領域３０から吸気弁７の弁体８のバルブフェイス２８にほぼ平行に且つシリンダボア４の接線方向に吸気ガスが流出するように吸気ガスを案内することができればフラップ４２は如何なる形状であってもよい。
【００５３】
さらに、第一実施形態と第二実施形態とを組み合わせて、渦巻部の軸線をステムの軸線に対して傾斜させると共に渦巻部の内壁面にフラップおよび溝を設け、結果として渦巻部４１の外側流出領域３０から吸気弁７の弁体８のバルブフェイス２８にほぼ平行に且つシリンダボア４の接線方向に吸気ガスが流出するように吸気ガスを案内するようにしてもよい。
【００５４】
次に、図９を参照して本発明の第二実施形態の変更例について説明する。図９は第二実施形態の変更例におけるヘリカル吸気ポートの渦巻部の図７と同様な拡大断面図である。本変更例では、渦巻部４５の中心側内壁面２５にフラップ４２の代わりに内壁面が渦巻部４５の軸線に向かって突出している突出部４６が設けられる。突出部４６は、フラップ４２と同様に、所定の中心向き角度および旋回方向角度をもって配置され、渦巻部４１の外側流出領域３０から吸気弁７の弁体８のバルブフェイス２８にほぼ平行に且つシリンダボア４の接線方向に吸気ガスが流出するように吸気ガスを案内する。また、突出部４６を設けると共に、突出部４６の上方および下方に位置する渦巻部４５の内壁面を凹ませて溝を設け、この溝によってより正確に吸気ガスを案内するようにしてもよい。
【００５５】
次に、図１０を参照して本発明の第三実施形態について説明する。図１０は第三実施形態のヘリカル吸気ポートの渦巻部５０の図７と同様な拡大断面図である。第三実施形態では、渦巻部５０の中心側内壁面２５に回動機構５１が設けられる。回動機構５１は、吸気弁９の軸線Ａまたは渦巻部５０の軸線に対してほぼ垂直に延びる軸線Ｃを中心に回動するほぼ半円柱状の回動部材５２と、該回動部材５２を回動させる駆動機構（図示せず）とを有する。回動部材５２は、渦巻部６０の中心側内壁面２５に設けられた半円柱状凹部５３内に配置される。回動部材５２は、その案内表面（半円の断面のうち直線部に対応する表面）５４が渦巻部５０の中心側内壁面２５とほぼ面一となり、中心側内壁面２５からほとんど突出していない状態にある非突出状態と、この非突出状態から案内表面５４が上方を向くように所定角度θ5だけ回動した完全突出状態との間で回動可能である。
【００５６】
回動部材５２は、完全突出状態にあるとき、第二実施形態のフラップ４２またはその変更例の突出部４６と同様に、渦巻部５０の外側流出領域３０からバルブフェイス２８にほぼ平行に且つシリンダボア４の接線方向に吸気ガスが流出するように吸気ガスを案内する。したがって、完全突出状態にあるときには、シリンダボア４内に流出した吸気ガスには強いスワールが形成される。一方、回動部材５２が、非突出状態にあるときには、渦巻部６０内の吸気ガスは上述したようには案内されず、よってシリンダボア４内に流出した吸気ガスに発生するスワールは、回動部材５２が完全突出状態にあるときに比べて弱い。
【００５７】
したがって、本実施形態によれば、回動部材５２を完全突出状態と非突出状態との間で回動させることにより、シリンダボア４内の吸気ガスに発生するスワールの強さを調整することができる。
【００５８】
なお、回動部材５２の回動中心となる軸線Ｃは吸気弁９の軸線Ａに対して垂直でなくてもよい。例えば、回動部材５２の軸線Ｃは、軸線Ａに対して垂直な平面から僅かに傾斜していてもよい。結果的に、回動部材５２を上記完全突出状態と上記非突出状態との間で回動させることができれば、回動部材５２は如何なる軸線Ｃを中心に回動してもよい。
【００５９】
また、回動部材５２は半円柱状でなくてもよく、例えばフラップ状であってもよい。回動部材５２がフラップ状である場合、完全突出状態にあるときには第二実施形態のフラップ４２と同様に突出し、フラップの上面および下面で吸気ガスの旋回流を案内することができる。回動部材５２をフラップ状にした場合、回動部材を半円柱状にした場合に比べて完全突出状態にあるときの吸気ガスへの抵抗を小さくすることができ、シリンダボア４内に流出する吸気ガスの流量を低減することができる。
【００６０】
次に、図１１を参照して本発明の第四実施形態について説明する。図１１は第四実施形態のヘリカル吸気ポートの渦巻部６０の図７と同様な拡大断面図である。第四実施形態では、渦巻部６０の中心側内壁面２５にカム機構６１が設けられる。カム機構６１は、吸気弁９の軸線Ａまたは渦巻部６０の軸線に対してほぼ平行に延びる軸線Ｄを中心に回動するカム状部材６２と、カム状部材６２を回動駆動する駆動機構（図示せず）と、カム状部材６２および駆動機構に連結されて駆動機構による駆動力をカム状部材に伝達する駆動軸６３とを有する。
【００６１】
図１２にカム状部材６２を示す。図１２（ａ）はカム状部材６２の拡大平面図であり、図１２（ｂ）はカム状部材６２の拡大断面側面図である。カム状部材６２は、図１２（ａ）および（ｂ）に示したように、一方の側に湾曲平面６２ａを有し、この一方の側と反対側に突出部６２ｂを有する。カム状部材６２は、湾曲平面６２ａが渦巻部６０の内側を向いている非突出状態と、突出部６２ｂが渦巻部６０の内側を向いている突出状態との間で回動する。カム状部材６２が非突出状態にあるときには、カム状部材６２の湾曲平面６２ａは渦巻部６０の中心側内壁面２５と面一となっており、中心側内壁面２５からほとんど突出していない。一方、カム状部材６２が突出状態にあるときには、カム状部材６２の突出部６２ｂが中心側内壁面２５から突出している。突出部６２ｂは、中心側内壁面２５から突出しているときに、第二実施形態のフラップ４２またはその変更例の突出部４６と同様に、渦巻部６０の外側流出領域３０からバルブフェイス２８にほぼ平行に且つシリンダボア４の接線方向に吸気ガスが流出するように渦巻部６０内の吸気ガスの旋回流を案内するような形状となっている。
【００６２】
したがって、本実施形態によれば、第三実施形態と同様に、カム状部材６２が突出状態にあるときには、シリンダボア４内に流出した吸気ガスには強いスワールが形成され、カム状部材６２が非突出状態にあるときにはシリンダボア４内に流出した吸気ガスに発生するスワールはカム状部材６２が突出状態にあるときに比べて弱い。このため、本実施形態によれば、カム状部材６２を突出状態と非突出状態との間で回動させることにより、シリンダボア４内の吸気ガスに発生するスワールの強さを調整することができる。
【００６３】
なお、カム状部材６２および駆動軸６３の軸線Ｄは吸気弁９の軸線Ａに対して平行でなくてもよく、カム状部材６２を上記突出状態と上記非突出状態との間で回動させることができれば軸線Ａに対して傾斜していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】従来のヘリカル吸気ポートを模式的に示す平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿った従来のヘリカル吸気ポートの渦巻部の拡大断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態のヘリカル吸気ポートを模試的に示す平面図である。
【図４】図３のIV−IV線に沿った第一実施形態のヘリカル吸気ポートの渦巻部の拡大断面図である。
【図５】従来のヘリカル吸気ポートと本発明のヘリカル吸気ポートとにおける流量とスワール比の関係を示す図である。
【図６】本発明の第二実施形態のヘリカル吸気ポートを模式的に示す平面図である。
【図７】図６のVII−VII線に沿った本発明の第二実施形態のヘリカル吸気ポートの渦巻部の拡大断面図である。
【図８】図６のVIII−VIII線に沿った本発明の第二実施形態のヘリカル吸気ポートの渦巻部の拡大断面図である。
【図９】第二実施形態の変更例のヘリカル吸気ポートの渦巻部の図７と同様な拡大断面図である。
【図１０】本発明の第三実施形態のヘリカル吸気ポートの渦巻部の拡大断面図である。
【図１１】本発明の第四実施形態のヘリカル吸気ポートの渦巻部の拡大断面図である。
【図１２】カム状部材を拡大して示す平面図および断面側面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１…内燃機関
２…シリンダブロック
３…シリンダヘッド
４…シリンダボア
７…吸気弁
８…弁体
９…ステム
２１、２２…ヘリカル吸気ポート
２３、２４…渦巻部
２５…中心側内壁面
２６…外側内壁面
２７…天井内壁面
２８…バルブフェイス
２９…中心側流出領域
３０…外側流出領域
Ａ…ステムの軸線
Ｂ…渦巻部の軸線
【図１】
2005240666.tif 000003
【図２】
2005240666.tif 000004
【図３】
2005240666.tif 000005
【図４】
2005240666.tif 000006
【図５】
2005240666.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005240666.tif 000009
【図８】
2005240666.tif 000010
【図９】
2005240666.tif 000011
【図１０】
2005240666.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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