(57)【要約】【課題】  流量係数の低下を抑えることのできる内燃機関の吸気ポート構造を提供する。【解決手段】  内燃機関の吸気ポート構造において、吸気ポート１０は、燃焼室頂面２に開口して該燃焼室頂面２に対して垂直に延びる垂直通路部１２と、その垂直通路部１２に連なるとともに前記燃焼室頂面２の垂直方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜通路部１１とを有している。前記傾斜通路部１１の下方壁面となる傾斜壁面１１ａには凹部２１が形成されている。この凹部２１は、燃焼室側の端が前記傾斜通路部１１と前記垂直通路部１２との境界部Ｄまで延伸されて、燃焼室側に向かうに従い幅広とされている。該凹部２１の前記燃焼室側の端には、前記垂直通路部１２の垂直壁面１２ａに対してエッジ３１を形成して繋がる接続面２２が設けられている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室頂面に開口して該燃焼室頂面に対して垂直に延びる垂直通路部と、その垂直通路部に連なるとともに前記燃焼室頂面の垂直方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜通路部とを有して吸気ポートを構成する内燃機関の吸気ポート構造において、
前記傾斜通路部の下方壁面に、燃焼室側の端が前記傾斜通路部と前記垂直通路部との境界部まで延伸されて、燃焼室側に向かうに従い幅広となる凹部を形成するととともに、該凹部の前記燃焼室側の端に、前記垂直通路部の壁面に対してエッジを形成して繋がる接続面を設けたことを特徴とする内燃機関の吸気ポート構造。
【請求項２】
前記接続面を、平坦な面で且つ前記吸気ポートの壁面に沿って周方向へ延びる弧状としたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気ポート構造。
【請求項３】
前記接続面を、前記吸気ポートの壁面に沿って周方向へ一定幅で形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の吸気ポート構造。
【請求項４】
前記凹部を、燃焼室側に向かうに従い底深くなる形状としたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気ポート構造。
【請求項５】
前記凹部の内面を、滑面としたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気ポート構造。
【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構造に関し、特に吸気ポートの形状に係る改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の吸気ポートは、シリンダヘッドに形成され、吸気管から燃焼室へと外気、混合気等の流体を送り込むものである。該吸気ポートは、燃焼室頂面に開口して該燃焼室頂面に対して垂直に延びる垂直通路部と、その垂直通路部に連なるとともに前記燃焼室頂面の垂直方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜通路部とを有している。そして、近年では、燃焼室の内部に強力な渦（スワール）を発生させる手法として、吸気ポートの形状に改良を加え、傾斜通路部と垂直通路部との境界部にエッジを形成することが知られている。つまり、前記流体は吸気ポートの壁面に沿って流れつつも、エッジを形成した部分で壁面から剥離し、該部分と対向する壁面側へ流れる。このため、該流体は燃焼室に対して斜め方向に強い勢いで流れ込み、スワールが発生する。このようなエッジとして、例えば特許文献１には、前記境界部の下方壁面に、傾斜通路部に対して所定の角度で繋がる平坦部を形成し、該平坦部と前記垂直通路部とでエッジを形成することが記載されている。また特許文献２には、前記傾斜通路部の壁面と前記垂直通路部の壁面とを交差させ、通路断面における下方壁面の少なくとも１４０度の角度範囲にエッジを形成し、上方壁面では前記傾斜通路部の壁面と前記垂直通路部の壁面とを滑らかな曲面で連ねることが記載されている。
【特許文献１】特開平１０−２３８４０１号公報
【特許文献２】特開平８−４２３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上記従来のように吸気ポート内に平坦部を突出させたり、吸気ポートの径を絞ったり等の手法でエッジを形成した場合、吸気ポートの流量係数の低下を抑制することが非常に困難である。この流量係数の低下は、燃焼室への吸気量の低減を招くことから、内燃機関の性能を低下させる要因となる。
【０００４】
すなわち、内燃機関は所望とする性能となるように予め設計諸元を定めて製造されており、この設計諸元に基づいて吸気ポートの径は必要十分な所定値となるよう定められている。しかし、上記従来の手法ではエッジを形成した部分で吸気ポートの径を前記所定値未満とせざるを得ず、流量係数は必然的に低下してしまう。また一方で、エッジを形成した部分で吸気ポートの径を前記所定値とすれば、当該部分以外で吸気ポートの径を前記所定値を超えるものとせざるを得ず、設計諸元そのものを変更する必要が生じてしまう。
【０００５】
このようにエッジを形成することは、たしかにスワールの強化による内燃機関の性能向上を図るには有効であるものの、一方で流量係数の低下による内燃機関の性能低下を避けられず、所望とする性能を確保することが困難となっていた。
【０００６】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、流量係数の低下を抑えることのできる内燃機関の吸気ポート構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上述した目的を達成するための手段及びその作用効果を記載する。
請求項１記載の発明は、燃焼室頂面に開口して該燃焼室頂面に対して垂直に延びる垂直通路部と、その垂直通路部に連なるとともに前記燃焼室頂面の垂直方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜通路部とを有して吸気ポートを構成する内燃機関の吸気ポート構造において、前記傾斜通路部の下方壁面に、燃焼室側の端が前記傾斜通路部と前記垂直通路部との境界部まで延伸されて、燃焼室側に向かうに従い幅広となる凹部を形成するととともに、該凹部の前記燃焼室側の端に、前記垂直通路部の壁面に対してエッジを形成して繋がる接続面を設けたことを要旨としている。
【０００８】
上記構成によれば、前記傾斜通路部の下方壁面には、燃焼室側の端が前記傾斜通路部と前記垂直通路部との境界部まで延伸されて、燃焼室側に向かうに従い幅広となる凹部が形成されている。そして、該凹部の前記燃焼室側の端には、前記垂直通路部の壁面に対してエッジを形成して繋がる接続面が設けられている。すなわち、このエッジは前記傾斜通路部の壁面に凹部を形成することによって得られるものであり、エッジを形成した部分と凹部が設けられた以外の部分とで、吸気ポートの径は略同一であり、流量係数もまたほぼ同じ値となる。従って上記構成によれば、流量係数の低下を抑えることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の内燃機関の吸気ポート構造において、前記接続面を、平坦な面で且つ前記吸気ポートの壁面に沿って周方向へ延びる弧状としたことを要旨としている。
【００１０】
上記構成によれば、前記接続面を平坦な面で且つ前記吸気ポートの壁面に沿って周方向へ延びる弧状としたことで、同接続面は凹部の内面に対し、これらの間で一定の角度を維持しつつ繋がる。このため、凹部の内面に沿って流れる流体は、接続面に到る箇所でその流れ方向が急激に変化し、接続面から剥離して前記傾斜通路部の下方壁面から凝れと対向する上方壁面へ流れやすくなる。この場合、流体は燃焼室に対して斜め方向から強い勢いで流れ込み、同燃焼室内で縦渦（タンブル）を形成する。従って上記構成によれば、スワールのさらなる強化、特にはタンブルの強化を図ることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の吸気ポート構造において、前記接続面を、前記吸気ポートの壁面に沿って周方向へ一定幅で形成したことを要旨としている。
【００１２】
上記構成によれば、接続面を一定幅で形成することで、エッジを形成した部分と凹部が設けられた以外の部分とで、吸気ポートの径は同一となる。従って上記構成によれば、流量係数の低下を抑制することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気ポート構造において、前記凹部を、燃焼室側に向かうに従い底深くなる形状としたことを要旨としている。
【００１４】
上記構成によれば、凹部が設けられた部分と同凹部が設けられた以外の部分とで、吸気ポートの径の変化が小さく抑えられる。従って上記構成によれば、吸気ポート内における流量係数の変化を抑えることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気ポート構造において、前記凹部の内面を、滑面としたことを要旨としている。
上記構成によれば、凹部の内面を凹凸のない滑面としたことで、流体に想定外の抵抗が加わることを抑え、凹部の内面で流体の流れを好適に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）に、本実施形態の吸気ポート１０の縦断面図を、図２に横断面図を示す。
各図に示すように、吸気ポート１０は、内燃機関のシリンダヘッド１に形成され、図示しない吸気管から燃焼室へと外気、混合気等の流体を送り込むものである。当該吸気ポート１０は、燃焼室頂面２に開口して該燃焼室頂面２に対して垂直に延びる垂直通路部１２と、その垂直通路部１２に連なるとともに前記燃焼室頂面２の垂直方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜通路部１１とを有している。そして、該吸気ポート１０は、傾斜通路部１１と垂直通路部１２との境界部Ｄが湾曲状に形成されている。なお、これ以降、特に指定しない限りは、該吸気ポート１０において、燃焼室側（図１（ａ）中で下側）を下方とし、吸気管側（図１（ａ）中で上側）を上方とする。
【００１７】
当該吸気ポート１０を開閉する吸気バルブ１３は、傘部１３ａ及び弁軸１３ｂを備えて構成されている。この弁軸１３ｂは、シリンダヘッド１に設けられた図示しないバルブガイドに軸方向に往復動可能に支持されている。吸気ポート１０の燃焼室への開口部１０ａには、傘部１３ａが着座可能な弁座１４が設けられている。そして、吸気ポート１０は、傘部１３ａが弁座１４に着座することで燃焼室に対して閉じられ、傘部１３ａが弁座１４から離座することで燃焼室に対して開かれる。
【００１８】
前記傾斜通路部１１で下方壁面となる傾斜壁面１１ａには、この傾斜壁面１１ａに沿って凹部２１が凹設されている。当該凹部２１は、下方へ向かうに従い幅広となる形状、つまり平面視で逆Ｖ字状に形成されている。また、凹部２１の内面２１ａは、滑面となるように形成されている。これは、凹部２１の内面２１ａに沿って流れる流体に想定外の抵抗が加わることを抑制することにより、同内面２１ａで流体の流れを好適に制御するためである。そして、凹部２１の下方側となる端は、傾斜通路部１１と垂直通路部１２との境界部Ｄまで延伸されている。
【００１９】
図１（ｂ）に、本実施形態の吸気ポート１０で凹部２１の縦断面図を示す。なお、同図においては、凹部２１の形状の理解を容易にするために、凹部２１の深さを誇張して描いてある。
【００２０】
同図に示すように、凹部２１の下方側となる端には、接続面２２が設けられている。この接続面２２は、垂直通路部１２の壁面で下方壁面となる垂直壁面１２ａに対し、凹部２１の内面２１ａを段状に繋げるように構成されている。すなわち、前記凹部２１は、傾斜壁面１１ａで該当部分（図１（ｂ）中に２点鎖線で示す）を切り欠くことにより、垂直通路部１２側へ向かうに従い底深くなる形状となるように形成されている。このため、凹部２１の内面２１ａと垂直壁面１２ａとの間には必然的に段差が存在しており、当該内面２１ａを垂直壁面１２ａに繋げるため、接続面２２が形成されている。
【００２１】
当該接続面２２は、平坦な面とされており、凹部２１の内面２１ａに対し鈍角状に繋がるように形成されている。さらに、該接続面２２は、平面視で前記吸気ポート１０の壁面に沿って周方向へ延びる弧状とされており、前記内面２１ａに対し、これらの間で一定の角度を維持するように繋がっている。また、この接続面２２は、平面視で前記吸気ポートの壁面に沿って周方向へ一定幅で形成されている。そして、このように形成された接続面２２は、垂直壁面１２ａに対し鈍角状に繋がっており、これら接続面２２と垂直壁面１２ａとの境界により、エッジ３１が形成されている。
【００２２】
続いて、当該吸気ポート１０における流体の流れを説明する。
図１（ｂ）に示したように、吸気ポート１０へと送り込まれた流体は、まず凹部２１に達するまで、傾斜壁面１１ａに沿って流れる。その後、流体は、これまでの傾斜壁面１１ａに沿った流れ（図中の２点鎖線で示した矢印）を維持することなく、当該凹部２１で流れ方向を変えつつ、凹部２１の内面２１ａに沿って流れ（図中の実線で示した矢印）、接続面２２へと到る。なお、前記凹部２１は、平面視で逆Ｖ字状、つまり垂直通路部１２へ向かうに従い流量係数が高まる形状とされていることから、同凹部２１を流れる流体に抵抗を加えにくいため、凹部２１の内面２１ａに対する流体の剥離が抑制され、流体は凹部２１の内面２１ａに沿って好適に流れる。
【００２３】
この後、流体は、接続面２２が凹部２１の内面２１ａ及び垂直壁面１２ａのそれぞれに対し鈍角状に繋がっており、流れ方向が急激に変わることから、エッジ３１で接続面２２から剥離して吸気ポート１０の上方へと流れる。そして、この流体は、吸気ポート１０の上方壁面に沿って流れてきた流体と合流し、燃焼室に対して斜め方向から強い勢いで流れ込むことにより、同燃焼室内で縦渦（タンブル）を形成する。
【００２４】
さて、当該エッジ３１は、傾斜通路部１１と垂直通路部１２とがほぼ同じ径となるように吸気ポート１０を形成した状態で、傾斜壁面１１ａの中間部から垂直壁面１２ａとの境界部Ｄまでを逆Ｖ字状に切り欠き、凹部２１を形成することによって形成されたものである。従って、図１（ａ）に示したように、傾斜通路部１１で凹部２１が設けられた以外の部分の径Ｒ１と、エッジ３１が設けられた部分で垂直通路部１２の径Ｒ２とは、凹部２１の形成に係る加工が加えられていないことから、同じ長さを保持したままとされる。特に、接続面２２を前記吸気ポート１０の壁面に沿って周方向へ一定幅で形成することにより、径Ｒ２の変化は確実に抑制される。このため、吸気ポート１０内で吸気管側の端部と、エッジ３１が設けられた部分とは、流量係数が同値であり、流量係数の低下が抑制される。
【００２５】
また、当該凹部２１は、下方側へ向かうに従い幅広となるよう、平面視で逆Ｖ字状に形成されている。すなわち、当該凹部２１によって吸気ポートの径が拡がった部分は、等幅で形成された凹部による同部分に比べ小さな範囲とされる。従って、吸気ポートの径が拡がる、換言すれば流量係数が変わる範囲が最小限に抑えられる。さらに、凹部２１の深さは、最大値としてもシリンダヘッド１の肉厚を超えることはなく、当該凹部２１を設けることによって吸気ポートの径が大きく拡がることはない。従って、凹部２１を設けることによる吸気ポートの径への影響は極僅かである。
【００２６】
以上説明した本実施形態の吸気ポート構造によれば、下記の効果を奏することができる。
（１）エッジ３１を形成しても、エッジ３１の直近位置の垂直通路部１２の径Ｒ２と、傾斜通路部１１で凹部２１が設けられた以外の部分の径Ｒ１とは、ほぼ同値に保持されている。従って、吸気ポート１０内でエッジ３１を形成した部分における流量係数の低下を抑制することができる。
【００２７】
（２）接続面２２を平坦な面で形成したことで、凹部２１の内面２１ａに対して接続面２２が鈍角状に繋がることから、エッジ３１で流体を好適に剥離させ、燃焼室内でタンブルを形成することができる。
【００２８】
（３）接続面２２を傾斜壁面１１ａに沿って周方向へ延びる弧状とすることで、接続面２２が内面２１ａに対して一定の角度で繋がることから、好適に流体を接続面２２から剥離させて吸気ポート１０の上方側へ集めることができる。従って、燃焼室内でタンブルを確実に形成することができる。
【００２９】
（４）接続面２２を一定幅で形成したことで、エッジ３１の直近位置の垂直通路部１２の径Ｒ２と、傾斜通路部１１で凹部２１が設けられた以外の部分の径Ｒ１とを同値のまま保持することができる。従って、吸気ポート１０内でエッジ３１を形成した部分における流量係数の低下を防止することができる。
【００３０】
（５）凹部２１を垂直通路部１２側へ向かうに従い底深くなる形状としたことで、凹部２１の形成による吸気ポート１０内の流量係数の変化を好適に抑えることができる。
（６）凹部２１の内面を凹凸のない滑面としたことで、流体の流れを好適に制御することができる。
【００３１】
なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・  前記接続面２２を平坦な面としたまま、内面２１ａに対して鋭角状に繋げてもよい。あるいは、接続面２２を湾曲した面とし、前記内面２１ａに対して弧状に繋げてもよい。なお、タンブルの強化を図るという観点から見た場合、当該接続面２２は本実施形態のような平坦な面とすることが好ましい。つまり、接続面２２を内面２１ａに対して弧状に繋げた場合、流体がその流れを接続面２２に案内されることにより、同接続面２２から剥離されなくなるおそれがある。
【００３２】
・  接続面２２は、本実施形態のような一定幅で形成したものに限らず、前記径Ｒ２と前記径Ｒ１との間に大きな差が生じない程度であれば、各箇所で任意の幅で形成してもよい。
【００３３】
・  凹部２１は、垂直通路部１２へ向かうに従い幅広となる形状であれば、実施形態の平面視で逆Ｖ字状に限らず、例えば逆Ｕ字状、逆Ｙ字状等としてもよい。
・  凹部２１を一定の深さとなるように形成してもよい。
【００３４】
・  流体の流れに影響を与えない程度であれば、凹部２１の内面を凹凸状の粗面としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】（ａ）は吸気ポートを示す縦断面図、（ｂ）は凹部を示す縦断面図。
【図２】吸気ポートを示す平断面図。
【符号の説明】
【００３６】
Ｄ…境界部、２…燃焼室頂面、１０…吸気ポート、１１…傾斜通路部、１１ａ…傾斜通路部の下方壁面となる傾斜壁面、１２…垂直通路部、１２ａ…垂直通路部の壁面となる垂直壁面、２１…凹部、２１ａ…凹部の内面、２２…接続面、３１…エッジ。
【図１】
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【図２】
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