(57)【要約】【課題】燃焼室内で生成する筒内流動を強化し、燃焼室内に大量の燃焼用空気を吸気させることを可能にする。【解決手段】シリンダ１内のピストンの頂面とシリンダ１の内壁との間に形成される燃焼室と、シリンダ１に開口する２つの吸気ポート部４ｂ、４ｃを備え、該燃焼室に燃焼用空気を吸気する吸気ポート４と、燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタとを有し、該燃焼室内に該燃焼用空気が吸気されて筒内流動を生成する内燃機関１０であって、該筒内流動であるスワール流の外周側に対応する一方の該吸気ポート部４ｂの内壁に平滑部位４ａを形成する。【選択図】        図２
2005016366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に連通する吸気ポートをシリンダヘッドに設けた内燃機関において、
上記吸気ポートは、シリンダ内で生成される筒内流動の外周側に対応した一側面側の内壁の内面粗度を他側面側の内面粗度よりも小さくして形成される
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
上記筒内流動は、逆タンブル流であって、
上記吸気ポートは、上記逆タンブル流の外周側に対応した一側面側の内壁の内面粗度を小さくした
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
上記筒内流動は、順タンブル流であって、
上記吸気ポートは、上記順タンブル流の外周側に対応した一側面側の内壁の内面粗度を小さくした
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
上記筒内流動は、スワール流であって、
上記吸気ポートは、上記スワール流の外周側に対応した一側面側の内面粗度を小さくした
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項５】
燃焼室内に連通する吸気ポートをシリンダ中心方向から見て２つ並べてシリンダヘッドに設けた内燃機関において、
シリンダ内でスワール流が生成されるとともに、
上記２つの吸気ポートのうち、上記スワール流の上流側に位置する一方の吸気ポートの内面粗度を他方の吸気ポートの内面粗度よりも小さくして形成される
ことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内で筒内流動が生成される内燃機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
省燃費且つ高出力を図った内燃機関として、シリンダ内でタンブル流やスワール流などの筒内流動を生成するようにした内燃機関が知られている。これは、該シリンダ内に燃焼用空気を吸気する吸気ポートの形状および配置、およびピストンの頂面形状を工夫することにより、所定の筒内流動が生成されるようになっている。
【０００３】
このような内燃機関において、低速運転、つまり、低回転（部分負荷域）では、シリンダ内に吸気した燃焼用空気の筒内流動により、高濃度な、燃料と燃焼用空気からなる混合気の層は、点火プラグ近傍に形成される。したがって、部分負荷域では、希薄な混合気であっても安定した燃焼を行うことができる。また、高速運転、つまり、高回転（高負荷域）では、シリンダ内に吸気した燃焼用空気の筒内流動により、混合気はシリンダ内の全体に均一混合される。したがって、高負荷域では、理論空燃比或いは高濃度の混合気で燃焼を行うことができる。
なお、吸気管に関する技術としては、吸気管に凹凸領域を形成するものが知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１４９２０４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の内燃機関では、高負荷域で筒内流動をより一層強化していくと、吸気ポートの形状およびピストンの頂面の形状そのもの自体が、シリンダ内へ大量の空気を吸気する際の抵抗となっていた。例えば、４バルブ（２つの吸気ポート、２つの排気ポート）を有する内燃機関では、一方の吸気ポートを、一直線状に形成して、他方の吸気ポートを、弓形状に形成して、シリンダ内に横旋回流を生成させることができる。そのため、燃焼室内に大量の燃焼用空気を吸気する際に、他方の吸気ポートの形状が抵抗となっていた。
【０００６】
なお、特許文献１に記載するように、内燃機関の吸気ポートに連通する吸気管に凹凸領域を設けた場合には、該凹凸領域が該シリンダ内へ大量の燃焼用空気を吸気する際の抵抗となる。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、シリンダ内で生成される筒内流動を強化し、燃焼室内に大量の燃焼用空気を吸気させることができる内燃機関を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する第１の発明は、燃焼室内に連通する吸気ポートをシリンダヘッドに設けた内燃機関において、上記吸気ポートは、シリンダ内で生成される筒内流動の外周側に対応した一側面側の内壁の内面粗度を他側面側の内面粗度よりも小さくして形成されることを特徴とする。
この発明に係る内燃機関によれば、吸気ポートの前記筒内流動の外周側に対応した一側面側の内壁の内面粗度を他側面側の内面粗度よりも小さくして形成したことにより、内壁の一側面側を流れる吸気の流速及び流量が他側面側よりも大きくなる。
【０００９】
前述した課題を解決する第２の発明に係る内燃機関は、第１の発明において、上記筒内流動は、逆タンブル流であって、上記吸気ポートは、上記逆タンブル流の外周側に対応した一側面側の内壁の内面粗度を小さくしたことを特徴とする。
【００１０】
前述した課題を解決する第３の発明に係る筒内噴射内燃機関は、第１の発明において、上記筒内流動は、順タンブル流であって、上記吸気ポートは、上記順タンブル流の外周側に対応した一側面側の内壁の内面粗度を小さくしたことを特徴とする。
【００１１】
前述した課題を解決する第４の発明に係る筒内噴射内燃機関は、第１の発明において、上記筒内流動は、スワール流であって、上記吸気ポートは、上記スワール流の外周側に対応した一側面側の内面粗度を小さくしたことを特徴とする。
【００１２】
前述した課題を解決する第５の発明に係る筒内噴射内燃機関は、第１の発明において、燃焼室内に連通する吸気ポートをシリンダ中心方向から見て２つ並べてシリンダヘッドに設けた内燃機関において、シリンダ内でスワール流が生成されるとともに、上記２つの吸気ポートのうち、上記スワール流の上流側に位置する一方の吸気ポートの内面粗度を他方の吸気ポートの内面粗度よりも小さくして形成されることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る内燃機関に関する実施の形態を以下に説明する。
【００１４】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の要部を示す側面図であり、図２は、その上面図である。
図１、図２に示すように、内燃機関１０は、シリンダ１と、該シリンダ１内に嵌挿され、自在に上下作動するピストン２と、該ピストン２の頂面２ａと該シリンダ１の内壁との間に形成される燃焼室３と、該シリンダ１の上方のシリンダヘッド１ａに設けられ、該燃焼室３に連通して該燃焼室３内に燃焼用空気を導く吸気ポート４と、該吸気ポート４の近傍で該シリンダヘッド１ａに設けられ、該燃焼室３内に燃料を噴射するインジェクタ６と、シリンダヘッド１ａに設けられ、燃焼室３内の該燃焼用空気と該燃料とからなる混合気に点火する点火プラグ７と、該シリンダヘッド１ａに設けられ、該シリンダ１内で燃焼したガスを排気路へ導く排気ポート８とを有する。この内燃機関１０では、燃焼室３内に燃焼用空気が吸気されることにより、燃焼室３を形成するシリンダ１内にスワール流が生成される。
【００１５】
吸気ポート４は、分岐部１１により二分され、それぞれが燃焼室３に開口する吸気ポート部４ｂ、４ｃを有する形状である。各吸気ポート部４ｂ、４ｃには、燃焼室３への開口を開閉する吸気弁５がそれぞれ設けられる。なお、吸気ポート部４ｂ、４ｃは、略平行に配置される。これら吸気ポート部４ｂ、４ｃの形状は、それぞれ略直線状である。
また、排気ポート８も吸気ポート４と同様に、途中で二分され、それぞれが燃焼室３に開口する排気ポート部８ｂ、８ｃを有する形状である。各排気ポート部８ｂ、８ｃには、燃焼室３への開口を開閉する排気弁９がそれぞれ設けられる。なお、排気ポート部８ｂ、８ｃは、略平行に配置される。
【００１６】
吸気ポート４のうち、燃焼室３内に燃焼用空気が吸気されて生成される筒内流動であるスワール流の外周側に対応する吸気ポート部４ｂの内壁に平滑部位４ａが形成される。この平滑部位４ａは、吸気ポート部４ｂから吸気ポート４の上流側に延在する箇所に形成されており、他方の吸気ポート部４ｃの内壁面よりも内面粗度を高くして形成されている。なお、分岐部１１から吸気ポート４の上流方向では、平滑部位４ａは、分岐部１１と吸気管４軸線とがなす面で分けられる一側、つまり、吸気ポート部４ｂ側にだけ形成される。
具体的には、この平滑部位４ａでのＪＩＳで規定されている中心線平均粗さ（内面粗度）Ｒａが、この平滑部位４ａ以外、例えば、吸気ポート部４ｃから吸気ポート４の上流側に延在する箇所での中心線平均粗さ（Ｒａ）よりも小さくなるように構成されている。
よって、吸気ポート部４ｂを流れる吸気の流速および流量は、吸気ポート部４ｃを流れる燃焼用空気の流速及び流量より大きくなる。
なお、この平滑部位４ａを、ショットブラストなどの研磨によって形成したり、小さい粒を吸気ポート部４ｂの中に入れ振動させることによって形成したりすることができる。
【００１７】
吸気行程において、各吸気ポート部４ｂ、４ｃから燃焼用空気が吸気される際に、吸気ポート部４ｂからの吸気の流速が大きいことから、シリンダ１の内壁に沿って時計回り（方向Ａ）に旋回する筒内流動、即ちスワール流（順スワール流）が強化される。
【００１８】
このスワール流が強化されることにより、大量の燃焼用空気を燃焼室３内に吸気することができるようになる。したがって、このスワール流の強化により、内燃機関１０の高速回転時に、燃料と燃焼用空気とからなる混合気が燃焼室３内全体に均一混合されるので、内燃機関１０の出力性能はより一層向上する。
【００１９】
なお、上述した内燃機関１０では、平滑部位４ａを一方の吸気ポート部４ｂの内壁の全域に形成することにより、燃焼室内で生成するスワール流が強化されたが、平滑部位４ａを吸気ポート部４ｂにおける筒内流動の外周側に対応した一側面側（図２における左側面側）のみに形成しても良い。この場合も、吸気行程において、各吸気ポート部４ｂ、４ｃから燃焼用空気が吸気されると、吸気ポート部４ｂの一側面側から吸気された燃焼用空気の流速が大きいことから、シリンダ１の内壁に沿って時計回りに旋回する筒内流動、即ちスワール流が強化される。よって、上述した内燃機関１０と同様に、燃料と燃焼用空気とからなる混合気を燃焼室３内全体に均一混合されるので、内燃機関の出力性能はより一層向上する。
【００２０】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る内燃機関について、図３を用いて説明する。この実施形態は、本発明を、吸気ポート２４をシリンダヘッド１ａに略垂直方向に延びるように形成した内燃機関３０に適用したものである。この内燃機関３０では、燃焼室２３内に燃焼用空気を吸気することにより、シリンダ１内に逆タンブル流が生成される。
【００２１】
吸気ポート２４は、燃焼室２３内に燃焼用空気が吸気されて生成される筒内流動である逆タンブル流の外周側に対応した一側面側（図３における右側面側）の内壁に、平滑部位２４ａが形成される。つまり、この平滑部位２４ａは、吸気ポート２４軸線を含み、シリンダ１軸線と吸気ポート２４軸線とがなす面に垂直に交わる面で分けられた一側、つまり、シリンダ１の内壁に近傍する側にだけ形成される。この平滑部位２４ａは、第１の実施形態に係る内燃機関１０と同様に、中心線粗さ（Ｒａ）が平滑部位２４ａ以外の中心線粗さ（Ｒａ）よりも小さくなるように構成されている。
【００２２】
よって、この平滑部位２４ａを流れる燃焼用空気の流速及び流量は、平滑部位２４ａ以外を流れる燃焼用空気の流速及び流量より大きくなる。
なお、ピストンの頂面２２ａは、排気弁９の略下方で、シリンダ１の上方に突起する突起部２２ｂを有する形状である。この突起部２２ｂにより、燃焼室２３内に吸気された燃焼用空気が点火プラグ７近傍に誘導される。
【００２３】
吸気行程において、燃焼用空気が吸気ポート２４から吸気されると、シリンダ１の内壁に沿って下降して、ピストンの頂面２２ａへ流れる。さらに、前記燃焼用空気は、このピストンの頂面２２ａにより、シリンダ１の略中央の点火プラグ７近傍へ誘導される流れ（方向Ｂ）、即ち逆タンブル流を生成する。よって、平滑部位２４ａは、この逆タンブル流の外周側に対応する吸気ポート２４の内壁に形成されているので、逆タンブル流が強化される。
【００２４】
したがって、この逆タンブル流の強化により、内燃機関３０の低速回転時に、燃料が点火プラグ７近傍に凝縮されるので、安定した内燃機関３０の運転を行うことができる。
【００２５】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る内燃機関について、図４を用いて以下に説明する。この実施形態は、本発明を、略水平方向に延在する吸気ポート４４と、排気ポートを有する内燃機関５０に適用したものである。この内燃機関５０では、燃焼室４３内に燃焼用空気を吸気することにより、シリンダ１内に順タンブル流が生成される。
【００２６】
吸気ポート４４には、燃焼室４３内に燃焼用空気が吸気されて生成される筒内流動である順タンブル流の外周側に対応する一側面側（図４における上面側）の内壁に、平滑部位４４ａは形成される。具体的には、平滑部位４４ａは、吸気ポート４４軸線を含み、シリンダ１軸線と吸気ポート４４軸線とがなす面に垂直に交わる面で分けられた一側、つまり、点火プラグ７に近傍する側にだけ形成される。この平滑部位４４ａは、第１の実施形態に係る内燃機関１０と同様に、中心線粗さ（Ｒａ）が平滑部位４４ａ以外の中心線粗さ（Ｒａ）よりも小さくなるように構成される。
よって、この平滑部位４４ａを流れる燃焼用空気の流速及び流量は、平滑部位４４ａ以外を流れる燃焼用空気の流速及び流量より大きくなる。
なお、ピストンの頂面４２ａは、吸気弁５の略下方で、シリンダ１の上方に突起する突起部４２ｂを有する。この突起部４２ｂにより、燃焼室４３内に吸気された燃焼用空気が点火プラグ７近傍に誘導される。
【００２７】
吸気行程において、燃焼用空気が吸気ポート４４から吸気されると、吸気ポート４４に対向するシリンダ１の内壁に沿って下降して、ピストンの頂面４２ａへ流れる。さらに、前記燃焼用空気は、このピストンの頂面４２ａにより、シリンダ１の略中央の点火プラグ７近傍へ誘導される流れ（方向Ｃ）、即ち順タンブル流を生成する。よって、平滑部位４４ａは、この順タンブル流の外周側に対応する吸気ポート４４の内壁に形成されているので、順タンブル流が強化される。
【００２８】
したがって、この順タンブル流の強化により、内燃機関５０の低速回転時に、燃料が点火プラグ７近傍に凝縮されるので、安定した内燃機関５０の運転を行うことができる。
【００２９】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る内燃機関について、図５を用いて以下に説明する。この実施形態は、本発明を、１つの吸気ポート６４と、１つの排気ポート６８とを有する内燃機関７０に適用したものである。この内燃機関７０では、燃焼室内に燃焼用空気を吸気することにより、シリンダ１内にスワール流が生成される。
【００３０】
吸気ポート６４の内壁、つまり、燃焼室内に吸気される燃焼用空気の筒内流動であるスワール流の外周側に対応する一側面側（図５における左側面側）の内壁に、平滑部位６４ａは形成される。具体的には、この平滑部位６４ａは、吸気ポート６４軸線とシリンダ１軸線とがなす面で分けられる一側、図５に示される内燃機関７０では左側に形成される。この平滑部位６４ａは、第１の実施形態に係る内燃機関１０と同様に、中心線粗さ（Ｒａ）が平滑部位６４ａ以外の中心線粗さ（Ｒａ）よりも小さくなるように構成される。
よって、この平滑部位６４ａを流れる燃焼用空気の流速及び流量は、平滑部位６４ａ以外を流れる燃焼用空気の流速及び流量より大きくなる。
【００３１】
吸気行程において、吸気ポート６４から燃焼用空気が吸気されると、シリンダ１の内壁に沿って時計回り（方向Ｄ）に旋回する筒内流動、即ちスワール流が生成される。
【００３２】
直線形状の吸気ポート６４から燃焼用空気を吸気するだけで、燃焼室内でスワール流が生成するので、大量の燃焼用空気を燃焼室に吸気することができるようになる。したがって、内燃機関７０の高速回転時に、このスワール流により、燃料と燃焼用空気とからなる混合気が燃焼室内全体に均一混合されるので、内燃機関７０の出力性能はより一層向上する。
【００３３】
なお、上述した内燃機関７０では、平滑部位６４ａを吸気ポート軸線とシリンダ１軸線とがなす面で分けられる吸気ポート６４の内壁の一側、図５で示す内燃機関７０では左側に形成することにより、燃焼室内でスワール流が生成されるが、燃焼室内で逆スワール流を生成する内燃機関では、平滑部位６４ａを吸気ポート６４の内壁の他側、図５で示す内燃機関７０では右側に形成しても良い。この場合も、吸気行程において、吸気ポート６４から燃焼用空気が吸気されると、シリンダ１の内壁に沿って反時計回りに旋回する筒内流動、即ち逆スワール流が生成される。よって、上述した内燃機関７０と同様に、燃料と燃焼用空気とからなる混合気が燃焼室内全体に均一混合するので、内燃機関の出力性能はより一層向上する。
【００３４】
以上説明したように、吸気ポートの形状を湾曲するように形成して筒内流動を生成していた従来技術では、筒内流動を強化することができるが、吸気ポートの形状が抵抗となって吸気ポートにおける平均流量係数が低下して吸気流入効率が低下したが、本発明における内燃機関では、シリンダ内で生成される筒内流動の外周側に対応した一側面側の吸気ポートの内壁の内面粗度を他側面側の内面粗度よりも小さくして形成したので、筒内流動を強化することができるとともに、吸気ポートの形状が抵抗とならずに吸気ポートにおける平均流量係数の低下を抑制でき吸気流入効率を維持することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上、上記実施の形態と共に具体的に説明したように、本発明に係る内燃機関によれば、燃焼室内に連通する吸気ポートをシリンダヘッドに設けた内燃機関において、上記吸気ポートは、シリンダ内で生成される筒内流動の外周側に対応した一側面側の内壁の内面粗度を他側面側の内面粗度よりも小さくして形成されることにより、内壁の一側面側を流れる吸気の流速及び流量が他側面側よりも大きくなり、筒内流動の流れが強化されるので、内燃機関の出力がより一層向上する。
【００３６】
また、本発明に係る内燃機関によれば、筒内流動である逆タンブル流または順タンブル流の外周側に対応した吸気ポートの一側面側の内壁の内面粗度を他側面側の内面粗度よりも小さくして形成されることにより、内壁の一側面側を流れる吸気の流速及び流量が他側面側よりも大きくなり、内燃機関が部分負荷域のとき、燃料を点火プラグ近傍に凝縮することができるので、燃費をより一層改善することができる。
【００３７】
また、本発明に係る内燃機関によれば、筒内流動であるスワール流の外周側に対応した吸気ポートの一側面側の内壁の内面粗度を他側面側の内面粗度よりも小さくしたことにより、内燃機関が高負荷域のとき、大量の燃焼用空気を燃焼室内に吸気することができるようになるので、内燃機関の出力性能が向上する。
【００３８】
また、本発明に係る内燃機関によれば、燃焼室内に連通する吸気ポートをシリンダ中心方向から見て２つ並べてシリンダヘッドに設けた内燃機関において、シリンダ内でスワール流が生成されるとともに、上記２つの吸気ポートのうち、上記スワール流の上流側に位置する一方の吸気ポートの内面粗度を他方の吸気ポートの内面粗度よりも小さくして形成されることにより、一方の吸気ポートを流れる吸気の流速及び流量が他方の吸気ポートより大きくなり、スワール流の流れが強化されるので、内燃機関が高負荷域のとき、大量の燃焼用空気を燃焼室内に吸気することができるようになるので、内燃機関の出力性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の要部を示す側面図である。
【図２】図１の上面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る内燃機関の要部を示す側面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る内燃機関の要部を示す側面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る内燃機関の要部を示す上面図である。
【符号の説明】
１      シリンダ
２      ピストン
３      燃焼室
４      吸気ポート
４ａ、２４ａ、４４ａ、６４ａ    平滑部位
５      吸気弁
６      インジェクタ
７      点火プラグ
８      排気ポート
９      排気弁
１０    内燃機関
【図１】
2005016366.tif 000003
【図２】
2005016366.tif 000004
【図３】
2005016366.tif 000005
【図４】
2005016366.tif 000006
【図５】
2005016366.tif 000007