(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内に吸入空気流入通路部８内を上下に分離する隔壁１７が配置され、この隔壁１７の上方および下方に夫々上層流路Ｙと下層流路Ｘ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２
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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、吸気弁開弁時に吸入空気流入通路部の下方を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する下層流と、吸気弁開弁時に吸入空気流入通路部の上方を流れて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上層流とを分離する隔壁を吸入空気流入通路部に配置した内燃機関の吸気ポート。
【請求項２】
上記隔壁が吸入空気流入通路部の少くとも下流側に形成されている請求項１に記載の内燃機関の吸気ポート。
【請求項３】
上記隔壁が吸入空気流入通路部から渦巻部内まで延びている請求項２に記載の内燃機関の吸気ポート。
【請求項４】
上記隔壁は、上記吸気弁開口部領域のうちで吸入空気流入通路部側に位置する一部の領域の上方まで延びている請求項３に記載の内燃機関の吸気ポート。
【請求項５】
上記隔壁が吸入空気流入通路部内において上記第１の側壁面と第２の側壁面間を延びる薄板から形成されている請求項１に記載の内燃機関の吸気ポート。
【請求項６】
上記隔壁が吸入空気流入通路部の内壁と一体形成されている請求項１に記載の内燃機関の吸気ポート。
【請求項７】
上記隔壁が上記第１の側壁面から上記第２の側壁面に向けて第２の側壁面に向かう途中まで延びている請求項６に記載の内燃機関の吸気ポート。
【請求項８】
上記隔壁が吸入空気流入通路部内では上記第１の側壁面と第２の側壁面間を延びている請求項６に記載の内燃機関の吸気ポート。
【請求項９】
吸入空気流入通路部が渦巻部の上壁面に滑らかに接続する上壁面を具備しており、上記上層流が流れる上層流路が吸入空気流入通路部の上壁面と上記隔壁間に形成されると共に、上記下層流が流れる下層流路が吸入空気流入通路部の底壁面と上記壁面間に形成され、該上層流路は該下層流路よりも小さな横巾を有する請求項１に記載の内燃機関の吸気ポート。
【請求項１０】
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１１】
上記隔壁の下壁面は上記平面に対し吸入空気流入通路部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内に吸入空気流を上下に２分するスワール制御板を配置し、吸入空気流入空気部の底壁面に対するスワール制御弁の傾斜角度を変えることによってスワールの方向とスワールの強さを種々に変化しうるようにしたヘリカル型吸気ポートが公知である（特許文献１を参照）。
【特許文献１】実開平５−２４８２４９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。
【０００４】
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】
【０００５】
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、吸気弁開弁時に吸入空気流入通路部の下方を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する下層流と、吸気弁開弁時に吸入空気流入通路部の上方を流れて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上層流とを分離する隔壁を吸入空気流入通路部に配置している。
【発明の効果】
【０００６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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の下流側には吸入空気流入通路部８の中間高さ位置を第１の側壁面１２から第２の側壁面１３まで延びる隔壁１７が配置されている。図１にはこの隔壁１７の配置されている領域がハッチングで示されている。また、図５にはこの隔壁１７の配置されている吸入空気流入通路部８部分の断面形状がハッチングで示されている。
【００１１】
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とにより構成されており、隔壁１７は第２の上壁面１４ｂに密着しつつ第２の上壁面１４ｂに沿って延びている。
【００１２】
図１から図５に示される実施例では隔壁１７は平板状をなす薄板から形成されており、この隔壁１７を構成している薄板はシリンダヘッド２を鋳造する際に鋳込まれるか、或いはシリンダヘッド２の鋳造後に吸気ポート４内に圧入される。この隔壁１７は吸入空気流入通路部８の下流側から吸気弁６の弁軸６ａ周りまで延びている。即ち、図１に示されるようにこの隔壁１７は吸気弁６の軸線に対してシリンダの軸線と反対側の領域を吸気弁６のかさ部背面のほぼ１／３を覆う位置まで吸入空気流入通路部８から延びている。
【００１３】
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狭ばまりつつ下降し、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狭くなる。また、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１４ｃは下向きの傾斜面からなり、この傾斜面１４ｃの巾は渦巻部７に向けて次第に広くなる。
【００１４】
さて、図５においてハッチングＷで示されるように吸気ポート４内に隔壁１７が配置されると吸気ポート４内には隔壁１７の下方にハッチングＸで示される下層流路が形成されると共に隔壁１７の上方にハッチングＹで示される上層流路が形成される。即ち、吸気ポート４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。図５からわかるように上層流路Ｙは下層流路Ｘよりも小さな横巾を有する。
【００１５】
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。
【００１６】
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。図４からわかるように隔壁１７は、吸気弁開口部領域Ｚのうちで吸入空気流入通路部８側に位置する一部の領域の上方まで延びている。
【００１７】
一方、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、隔壁１７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。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隔壁１７の下壁面は図２に示される如く平面Ｋに対し吸入空気通路部８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、隔壁１７により案内されて下層流路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回りの強力なスワールが発生せしめられる。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
このように吸気ポート４内に上層流路と下層流路とを分離する隔壁１７を配置することによって吸気ポート４内に互いに分離して流れる上層流と下層流とが発生せしめられる。その結果、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を発生させることができ、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よって吸入空気量を増大せしめることができるので高い充填効率を確保しつつ強力なスワールを発生させることができる。
【００２２】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）に図１から図５に示される吸気ポート４の変形例を示す。なお、図７（Ａ）および図７（Ｂ）では図１と同様に隔壁１７の配置されている領域がハッチングで示されている。図７（Ａ）に示される変形例では隔壁１７は吸入空気流入通路部８内のみに配置されている。即ち、図７（Ａ）に示される変形例では隔壁１７は渦巻部７内まで延びていない。これに対し、図７（Ｂ）に示される変形例では隔壁１７が渦巻部７内の全ての吸気弁開口部領域Ｚの上方を覆う位置まで延びている。
【００２３】
図８は図１、図７（Ａ），（Ｂ）に示される各吸気ポート４を用いた場合のスワール比（クランクシャフト一回転当りのスワールの旋回数）と流量係数に関する実験結果を示している。なお、図８において１は図１に示される吸気ポート４を示しており、７Ａは図７（Ａ）に示される吸気ポート４を示しており、７Ｂは図７（Ｂ）に示される吸気ポート４を示している。図８からわかるようにこれら３つの吸気ポート４の間では、図１に示される吸気ポート４を用いた場合にスワール比および流量係数が最も高くなることがわかる。これは以下の理由によるものと考えられる。
【００２４】
即ち、図７（Ａ）に示される例では隔壁１７が吸入空気流入通路部８内にのみしか形成されていないので隔壁１７の上方および下方を流れる上層流および下層流が渦巻部７内で互いに干渉し、斯くして図１に示される吸気ポート４に比べてスワール比および流量係数が若干低くなるものと考えられる。一方、図７（Ｂ）に示される例では図２から判断しうるように吸気弁開口部領域Ｚ付近において隔壁１７と吸気弁６のかさ部壁面との間隔が狭くなるために上層流の流速が低下し、また渦巻部７内において隔壁１７の占める領域が大きいために上層流の燃焼室３内への流入口の実質的な流路面積が減少する。その結果、図１に示される吸気ポート４に比べてスワール比および流量係数が若干低くなるものと考えられる。
【００２５】
これに対し、図１に示される吸気ポート４では上層流と下層流とが渦巻部７内で干渉することがなく、吸気弁開口部領域Ｚ近傍における渦巻部７内での下層流に対する流れ抵抗も小さく、上層流の燃焼室３内への流入口の実質的な流路面積も十分広くとれるので高いスワール比と高い流量係数が得られる。
【００２６】
図９および図１０は隔壁１７が吸入空気流入通路部８の内壁面と一体形成されている夫々別の実施例を示している。なお、図９において（Ａ）は吸気ポート４の斜視図を示しており、（Ｂ）は吸気ポート４の平面図を示しており、（Ｃ）は図９（Ｂ）のＣ−Ｃ線に沿ってみた断面図を示しており、（Ｄ）は図９（Ｂ）のＤ−Ｄ線に沿ってみた断面図を示している。また、図１０において（Ａ）は吸気ポート４の斜視図を示しており、（Ｂ）は吸気ポート４の平面図を示しており、（Ｃ）は図１０（Ｂ）のＣ−Ｃ線に沿ってみた断面図を示しており、（Ｄ）は図１０（Ｂ）のＤ−Ｄ線に沿ってみた断面図を示している。
【００２７】
図９および図１０に示される実施例では隔壁１７はシリンダヘッド２を鋳造したときに同時に形成され、従って隔壁１７は吸気ポート４の内壁面上に一体形成されている。各吸気ポート４はシリンダヘッド２を鋳造する際に中子を用いて形成され、従って隔壁１７の形状は吸気ポート４用の中子を中子用型を用いて製造しやすい形状とされる。
【００２８】
即ち、図９に示される実施例では第２の上壁面１４ｂと隔壁１７の底壁面とが面一となるようにして隔壁１７が第１の側壁面１２から第２の側壁面１３に向けて第２の側壁面１３に向かう途中まで延びている。これに対し、図１０に示される実施例では隔壁１７が吸入空気流入通路部８内では第１の側壁面１２と第２の側壁面１３間を延びている。一方、図９および図１０に示されるいずれの実施例でも渦巻部７内においては隔壁１７は周壁面９から吸気弁６の弁軸６ａに向けて弁軸６ａの近傍まで延びている。
【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】吸気ポートの変形例を示す図である。
【図８】スワール比と流量係数を示す図である。
【図９】吸気ポートの別の実施例を示す図である。
【図１０】吸気ポートの更に別の実施例を示す図である。
【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
１７    隔壁
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】
2007297988.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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【図９】
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【図１０】
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