(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気入口と、シリンダヘッド端面に沿って延びるマニホールド通路と、シリンダヘッド端面側に向いて開口する複数の吸気出口とを有し、各吸気出口をシリンダヘッド端面の各吸気ポート入口面に接続し、少なくとも吸気入口から最も遠い吸気ポート内で吸気主流の剥離が生じる程度に、シリンダヘッド端面からのマニホールド通路の張出幅を狭くしている内燃機関の吸気マニホールドにおいて、上記最遠の吸気ポートに対応する気筒のスワール比が他の気筒のスワール比と同程度となるように、上記最遠の吸気ポート入口面の法線に対する吸気主流の流入角度θを小さくせしめる流入角度調整用凸部を、最遠の吸気出口の上流側近傍位置に設けていることを特徴する内燃機関の吸気マニホールド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、複数気筒を有する内燃機関の吸気マニホールドに関し、特に、内燃機関のレイアウト上、シリンダヘッド周りのスペースが制限されている内燃機関の吸気マニホールドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、三気筒の内燃機関において、シリンダヘッド端面１ａからのマニホールド通路４３の張出幅Ｗを十分に大きくすることにより、吸気量を十分に確保できるようにした従来の吸気マニホールド４２を示している。シリンダヘッド１内には各気筒１１，１２，１３に対応する第１，第２及び第３の吸気ポート２１，２２，２３が形成されている。各吸気ポート２１，２２，２３は、各気筒１１，１２，１３に反時計回りのスワールＳを形成するように、弁口部２１ａ，２２ａ，２３ａが気筒中心から右側に偏移すると共に、弁口部２１ａ，２２ａ，２３ａに対して弁ステム９の右側からうず巻状に回り込むように形成されている。各吸気ポート２１，２２，２３の上流部はシリンダヘッド端面１ａに概ね直角な姿勢で開口している。
【０００３】
吸気マニホールド４２はシリンダヘッド端面１ａに取り付けられており、シリンダヘッド長さ方向（クランク軸方向）の一端に吸気入口４６を備え、マニホールド通路４３は、シリンダヘッド端面１ａに沿って他端側へと延び、各吸気ポート２１，２２，２３に対応する吸気出口５１，５２，５３を有している。
【０００４】
各吸気ポート２１，２２，２３への吸気主流Ｆ1，Ｆ2，Ｆ3の流入角度θ1，θ2，θ3、すなわち、吸気ポート入口面に立てた法線Ｈに対する傾斜角度θ1，θ2，θ3は、吸気入口４６から離れるに従い、吸気慣性の増加により順次大きくなっている。
【０００５】
傾斜角度θ1，θ2，θ3が順次大きくなってゆくことにより、吸気ポート２１，２２，２３内での吸気主流ｆ1，ｆ2，ｆ3は、矢印でそれらの位置を明確に示すように、順次吸気ポート２１，２２，２３内で右側へと偏移しており、反時計回りのスワールＳを生じる構造では、吸気入口４６から離れる気筒になるに従いスワールＳが強くなっている。すなわち、吸気入口４６から離れる気筒になるにつれて、図１０に示すようにスワール比が順次大きくなり、気筒間でスワール比が不均等になる。図１０の実線Ｐは、ポート単体スワール、すなわち吸気マニホールドを使用しないで１つの吸気管から１つの吸気ポートに接続した場合のスワール比を示しており、第１気筒のスワール比の大きさに対応している。
【０００６】
上記のようにマニホールド通路の張出幅を広く確保している複数気筒の内燃機関に対し、たとえば農業用トラクタあるいは小型作業車等に搭載される内燃機関では、シリンダヘッド周りのレイアウトが制限される場合が多く、その場合は図１１のように、マニホールド通路４３の張出幅Ｗを大幅に狭くすることによりコンパクト化を図っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１１の場合でも、前記図９の場合と同様に、マニホールド通路４３内での吸気慣性の増加により、吸気入口４６から離れた吸気ポート２１，２２，２３に行くに従い吸気主流Ｆ1，Ｆ2，Ｆ3の流入角度θ1，θ2，θ3は増加しているが、マニホールド通路４３の張出幅Ｗを狭くしていることにより、流通断面積が小さく、マニホールド通路４３内の流速が増加し、吸気入口４６から遠い吸気ポート、特に最も遠い第３の吸気ポート２３の吸気主流Ｆ3の流入角度θ3は、前記図９の場合に比べて必要以上に大きくなっている。
【０００８】
このように第３の吸気ポート２３において流入角度θ3が大きくなると共に主流Ｆ3の勢いが強くなることにより、クロスハッチングで示すように吸気ポート２３の左側壁に大きな剥離域Ｚが生じ、それに続いて矢印ｆ3で示すように左側壁への再付着が生じ、剥離及び再付着により図１２に示すように第３気筒のスワール比が低下する。気筒間のスワール比の不均等が生じると、各気筒毎に燃焼状態が変化し、黒煙の発生及び燃費低下など、機関性能が低下する。
【０００９】
本願発明の目的は、シリンダヘッド周りのコンパクト性を維持しながらも、各気筒間のスワール比の均等性を保ち、機関性能を維持できるようにすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本願発明は、吸気入口と、シリンダヘッド端面に沿って延びるマニホールド通路と、シリンダヘッド端面側に向いて開口する複数の吸気出口とを有し、各吸気出口をシリンダヘッド端面の各吸気ポート入口面に接続し、少なくとも吸気入口から最も遠い吸気ポート内で吸気主流の剥離が生じる程度に、シリンダヘッド端面からのマニホールド通路の張出幅を狭くしている内燃機関の吸気マニホールドにおいて、上記最遠の吸気ポートに対応する気筒のスワール比が他の気筒のスワール比と同程度となるように、上記最遠の吸気ポート入口面の法線に対する吸気主流の流入角度θを小さくせしめる流入角度調整用凸部を、最遠の吸気出口の上流側近傍位置に設けている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本願発明を適用した三気筒内燃機関のシリンダヘッドを示しており、説明をし易くするために、クランク軸心Ｏの方向を左右方向と仮定し、吸気マニホールド取付側を前側と仮定し、クランク軸心Ｏ方向（左右方向）に沿って配置された３つの気筒を、左側から順に第１，第２及び第３気筒１１，１２，１３と称して以下説明する。なお、シリンダヘッド１の構造は前記図９の場合と同様であり、同じ部品あるいは部位には同じ符号を付している。
【００１２】
各気筒１１，１２，１３に開口する吸気用の弁口部２１ａ，２２ａ，２３ａは、各気筒中心から右側へと偏移した位置に形成され、各吸気ポート２１，２２，２３は、シリンダヘッド前端面１ａから後方へと延び、その下流部は流通断面が絞られると共に吸気弁ステム９の右側からうず巻状に反時計回りに回り込み、各弁口部２１ａ，２２ａ，２３ａに連通している。これにより、気筒１１，１２，１３内では矢印Ｓで示すように左回り（反時計回り）のスワールが生じる。
【００１３】
吸気マニホールド２はシリンダヘッド前端面１ａに固定されており、左端部の第１吸気ポート２１に略対応する位置に、上向き開口状の吸気入口６が形成されている。マニホールド通路３は、左端部からシリンダヘッド前端面１ａに沿って右端部まで直線状に延び、各吸気ポート２１，２２，２３の入口面に接続される吸気出口３１，３２，３３が、後向き開口状に形成されている。
【００１４】
マニホールド通路３のシリンダヘッド前端面１ａからの張出幅Ｗは、前記図１１の従来例の場合と同程度に狭くなっており、シリンダヘッド周りのコンパクト化を図っている。すなわち上記張出幅Ｗは、マニホールド通路３内に何も処置を施さないと仮定すると、図１１のように最も遠い第３の吸気ポート２３の吸気主流Ｆ3の流入角度θ3が必要以上に大きくなり、第３の吸気ポート２３内で大きな剥離と再付着が生じる程度となっている。
【００１５】
上記剥離及び再付着を防止すべく、吸気入口６から最も遠い第３吸気出口３３の左側（上流側）に、シリンダヘッド前端面１ａからマニホールド通路３内へ突出する吸気流の流入角度調整用凸部４０を設けている。該凸部４０は、第３の吸気ポート２３の入口面に立てた法線Ｈに対する吸気主流Ｆ3の流入角度θ3を小さくせしめるように、すなわち入口面に対して直角側に近付くように吸気流を方向修正し、第３気筒１３のスワール比が第１気筒１１のスワール比と同程度となるように、マニホールド通路３内への突出量、左右方向長さ及び形状が設定される。
【００１６】
図１に示す凸部４０は水平断面が矩形状になっており、図３に示すようにマニホールド通路３の上下端壁間に亙っている。
【００１７】
作用を説明する。図１において、図示しない吸気管から左端の吸気入口６に入る吸気（給気）は、マニホールド通路３内に流入し、一部が矢印Ｆ1で示すように概ね入口面と直角な状態で第１の吸ポート２１に流入し、残りはマニホールド通路３内を右方へと流れる。慣性力が付与されながらマニホールド通路３内を流れ、途中、一部が矢印Ｆ2で示すように流入角度θ2で第２の吸気ポート２２内へ流入し、残りはさらに右方へ流れ、さらに慣性力が付与される。第２及び第３の気筒１２，１３内ではそれぞれ左回りのスワールＳが生じる。
【００１８】
第３の吸気ポート２３に入る前段階において、凸部４０によって吸気は一旦前側に寄せ集められることにより、吸気主流の方向が調整されて後方へと曲がり、矢印Ｆ3に示すように流入角度θ3でもって第３の吸気ポート２３内に入る。すなわち、第３の吸気ポート２３での流入角度θ3は、図１１の場合の流入角度θ3よりも小さくなるように調整されて第３の吸気ポート２３に入る。したがって、第３の吸気ポート２３内で剥離や再付着が生じることはなく、図１の矢印ｆ3で示すように第３の吸気ポート２３の右側壁へと偏ることもなく、第３の吸気ポート２３内を後方へと整流状で流れ、左旋回して弁口部２３ａから第３気筒１３内へと供給され、第３の気筒１３内で適度な勢いの左回りのスワールＳが生じる。
【００１９】
上記のように剥離及び再付着を生じることなく吸気ポート２３内を吸気流が通過するように調整していることにより、第３気筒１３のスワール比は、図２に示すように、破線で示す従来の値から第１気筒１１のスワール比と略等しい大きさまで増加している。すなわち、機関全体として気筒間のスワール比が均等化され、燃焼状態の均一化を達成でき、黒煙の減少及び燃費の向上など機関性能の向上を達成している。
【００２０】
【その他の実施の形態】
（１）図１では第３気筒用の調整用凸部４０のみを備えているが、第２の吸気ポート２２内でも大きな剥離と再付着が生じるような場合には、第３気筒用の調整用凸部４０に加え、仮想線で示すように第２の吸気出口３２の上流側に第２気筒用の調整用凸部４１を形成することもできる。この場合、第２の凸部４１は第３吸気ポート用凸部４０よりも張出高さは小さくなっている。
【００２１】
（２）図４、図５及び図６はそれぞれ凸部４０の変形例を示しており、図４に示す凸部４０は、マニホールド通路３と直角な板状に形成されている。図５に示す調整用凸部４０は、マニホールド通路３の下流側（右側）に行くに従い通路３内への突出高さが増加する湾曲状傾斜面を有し、下流端は、マニホールド通路３と直角な端面に形成されている。図６に示す調整用凸部４０は、丸みを有する台形状(兜形状）に形成されており、下流縁は第３の吸気ポート入口面の左端に至っている。
【００２２】
（３）凸部４０の垂直断面形状は、図３のように吸気マニホールド上下壁に亙る形状に限定されず、上下壁との間にそれぞれ隙間がある形状でも可能である。
【００２３】
（４）図１のような左回りのスワールＳを発生する吸気ポートに代えて、図７に示すように右回りのスワールＳを発生する吸気ポート２１，２２，２３を備え、図１の吸気マニホールドと同様に左端に吸気入口６を有する吸気マニホールド２を取り付けた構造に本願発明を適用することもできる。すなわち、マニホールド通路３の張出幅Ｗを図１と同様に狭くすると共に、吸気入口６から最も遠い第３吸気出口３３の上流部に調整用凸部４０を形成することにより、第３の吸気ポート２３への流入角度θ3が大きくなるのを阻止し、第３の吸気ポート２３内で剥離及び再付着が生じるのを阻止するようにしている。
【００２４】
ただし、この場合は第３の吸気ポート２３への流入角度θ3が大きくなるのを阻止することにより、図８に破線で示すように従来の幅狭のマニホールド通路では大きく成り過ぎる第３気筒のスワール比を、実線で示すように第１気筒のスワール比の水準まで抑制することにより、気筒間のスワール比の均等化を図ることになる。
【００２５】
（５）図１や図７のように吸気入口６を左右方向の一端側に配置した吸気マニホールドの他に、左右幅の中央部に吸気入口を有し、左右に分岐したマニホールド通路を有する吸気マニホールドにも本願発明を適用することができる。
【００２６】
（６）吸気ポートの形状は、ヘリカル形あるいはダイレクト形のいずれでもよく、また、２気筒あるいは４気筒以上の内燃機関にも勿論適用することもできる。
【００２７】
（７）図１では１つの気筒に１つの吸気ポートを備えた構造であるが、１つの気筒に２以上の吸気ポートを供えた内燃機関にも適用することも可能である。
【００２８】
（８）凸部４０はシリンダヘッドに一体成形することもできる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本願発明によると、少なくとも吸気入口６から最も遠い吸気ポート２３内で吸気主流の剥離が生じる程度に、シリンダヘッド端面１ａからのマニホールド通路３の張出幅Ｗを狭くし、上記最遠の吸気ポート２３に対応する気筒１３のスワール比が他の気筒１１，１２のスワール比と同程度となるように、吸気ポート入口面の法線Ｈに対する吸気主流Ｆ3の流入角度θ3を小さくせしめる流入角度調整用凸部４０を、最遠の吸気出口の上流側近傍に設けているので、内燃機関のシリンダヘッド周りをコンパクトに保ちながらも、吸気ポート２３内での剥離及び再付着を防止し、気筒間のスワール比を均等化することができる。これにより、機関のコンパクト化と共に黒煙の発生防止及び燃費向上等機関性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願発明による吸気マニホールドを備えたシリンダヘッドの水平断面図である。
【図２】  図１の構造に対応する各気筒のスワール比の比較図である。
【図３】  図１のIII-III断面図である。
【図４】  調整用凸部の変形例を示す水平断面図である。
【図５】  調整用凸部の変形例を示す水平断面図である。
【図６】  調整用凸部の変形例を示す水平断面図である。
【図７】  図１とは反対回りのスワールが生じるように構成したシリンダヘッドに、本願発明の吸気マニホールドを適用した水平断面図である。
【図８】  図７の構造に対応する各気筒のスワール比の比較図である。
【図９】  従来例の水平断面図である。
【図１０】  図９の構造による各気筒のスワール比の比較図である。
【図１１】  別の従来例の水平断面図である。
【図１２】  図１１の構造に対応する各気筒のスワール比の比較図である。
【符号の説明】
１  シリンダヘッド
１ａ  シリンダヘッド端面
２  吸気マニホールド
３  マニホールド通路
６  吸気入口
１１，１２，１３  気筒
２１，２２，２３  吸気ポート
３１，３２，３３  吸気出口
４０，４１  調整用凸部
【図１】
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【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】
0003871807.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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