(57)【要約】【課題】燃料が液滴のまま燃焼室に流入することを防止できる吸気ポートの内部構造を提供する。【解決手段】吸気ポートの内部構造１は、吸気ポート１０内に噴射された燃料ｆと空気とを含む混合気を燃焼室５４に導入するものであり、吸気ポート１０は、燃料ｆを噴射するインジェクタ３よりも燃焼室５４側の領域に溝部２が設けられた内壁１０ｉを備える。溝部２は、吸気ポート１０の軸方向に透視したときの経路が周方向に連続する。吸気ポートの内部構造１は、溝部２によって燃料ｆの気化を促進できる上に、冷間始動時などに、吸気ポート１０内に噴射された燃料ｆが液滴となり、内壁１０ｉに沿って燃焼室５４に向かおうとする液滴を溝部２に留められる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポート内に噴射された燃料と空気とを含む混合気を燃焼室に導入する吸気ポートの内部構造であって、
前記吸気ポートは、前記燃料を噴射するインジェクタよりも前記燃焼室側の領域に溝部が設けられた内壁を備え、
前記溝部は、前記吸気ポートの軸方向に透視したときの経路が周方向に連続する吸気ポートの内部構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射型の内燃機関に利用される吸気ポートの内部構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの内燃機関として、吸気ポートに燃料を噴射して、空気と燃料とを含む混合気を吸気ポートから燃焼室に導入するポート噴射式と呼ばれる形態がある。
【０００３】
特許文献１，２は、吸気ポートの内壁において、インジェクタよりも下流側の領域に複数の半球面状の凹部を離散的に設けた構成を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３３２８２３号公報
【特許文献２】特開２００４−３３２５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のポート噴射式の内燃機関に対して、燃料が液滴のまま燃焼室に流入することを防止することが望まれる。
【０００６】
特許文献１，２では、吸気ポートの内壁に設けた上述の凹部によって、内壁に付着した燃料の気化を促進できるとしている。しかし、内燃機関の温度が外気温と同等又はそれ以下である状態で内燃機関を始動した場合、即ち冷間始動した場合などでは、吸気ポート及びその周辺の温度が低い。そのため、吸気ポートに噴射された燃料が気化し難く、液滴が存在する可能性がある。噴射された燃料が低温の吸気ポートの内壁に付着して冷却されることでも、液滴が存在し得る。
【０００７】
特許文献１，２では、長手方向及び周方向の双方について、隣り合う凹部同士の間に間隔をあけて、吸気ポートの長手方向に互い違いになるように、かつ吸気ポートの周方向に互い違いになるように凹部を配置している。この配置では、吸気ポートの内壁における凹部以外の箇所は、吸気ポートから燃焼室に亘って連続した網目状の経路を形成する。この網目状の経路を伝って上述の液滴の少なくとも一部が燃焼室に流入し得る。
【０００８】
燃料が液滴のまま燃焼室に流入すると、以下の問題がある。
（α）燃料を燃焼できず、炭化水素（ＨＣ）の排出量が増大する。
（β）空燃比が設定値からずれて、不安定な燃焼となり得る。
（γ）燃焼の安定化のために余分な燃料噴射が必要となり、燃料使用量の増大を招く。
【０００９】
そこで、本発明の目的の一つは、燃料が液滴のまま燃焼室に流入することを防止できる吸気ポートの内部構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係る吸気ポートの内部構造は、吸気ポート内に噴射された燃料と空気とを含む混合気を燃焼室に導入するものであって、前記吸気ポートは、前記燃料を噴射するインジェクタよりも前記燃焼室側の領域に溝部が設けられた内壁を備える。前記溝部は、前記吸気ポートの軸方向に透視したときの経路が周方向に連続する。
【発明の効果】
【００１１】
上記の吸気ポートの内部構造は、溝部を備えるため、溝部が無い場合に比較して表面積を増大でき、燃料の気化を促進できる。
【００１２】
上記の溝部は、吸気ポートの内壁表面を吸気ポートの長手方向に分断するように設けられているといえる。そのため、上記の吸気ポートの内部構造は、冷間始動時などで液滴が存在した場合でも、液滴が吸気ポートの内壁に沿って燃焼室に向かう途中で、その進行が溝部に妨げられる。従って、上記の吸気ポートの内部構造は、液滴が燃焼室に流入することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１の吸気ポートの内部構造の概略断面図である。
【図２】実施形態１の吸気ポートの内部構造において、吸気ポートの内壁に設けられる溝部の一例を示す断面説明図である。
【図３】実施形態１の吸気ポートの内部構造において、吸気ポートの内壁に設けられる溝部の別の例を示す断面説明図である。
【図４】実施形態１の吸気ポートの内部構造において、吸気ポートの内壁に設けられる溝部の別の例を示す模式平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の吸気ポートの内部構造を具体的に説明する。図中、同一符号は同一名称物を示す。
【００１５】
［実施形態１］
・全体構成
実施形態１の吸気ポートの内部構造１は、自動車に搭載される内燃機関の構成要素に利用される。内燃機関は、代表的には、オイルパン（図示せず）、シリンダブロック６、シリンダヘッド５、シリンダヘッドカバー４が順に組み付けられた積層構造体を主体とする。内燃機関は、図１に示すように、シリンダブロック６のシリンダ６０に収納されるピストン６２などの主運動系と、シリンダヘッド５に収納される吸気バルブ１２及び排気バルブ５２やカムシャフト（図示せず）などの動弁系と、シリンダヘッド５に設けられる燃焼室５４に供給された空気と燃料ｆとを含む混合気とを用いて、吸気、圧縮、燃焼、排気の４サイクル運転などを行う。
【００１６】
シリンダヘッド５は、その内部に、燃焼室５４と、燃焼室５４に空気と燃料ｆとを含む混合気を導入する吸気ポート１０と、燃焼室５４で生じた排気ガスを排出する排気ポート５０とを備える。ガソリンエンジンでは、燃焼室５４内に点火プラグ５６を更に備える。燃焼室５４と吸気ポート１０との間に吸気バルブ１２が配置され、燃焼室５４と排気ポート５０との間に排気バルブ５２が配置され、これらバルブ１２，５２はカムシャフトの回転に伴って開閉する。吸気ポート１０には、代表的には、吸気マニホールド及びサージタンクが接続されて、これらを介して外部から空気を吸い込む。以下、吸気ポート１０において空気の導入側を上流側（図１では右側）、燃焼室５４側を下流側（同左側）と呼ぶ。
【００１７】
シリンダヘッド５は、吸気ポート１０における吸気バルブ１２よりも上流側の所定の位置に吸気ポート１０内に燃料ｆを噴射するインジェクタ３を備える。即ち、この内燃機関は、ポート噴射式の内燃機関である。
【００１８】
実施形態１の吸気ポートの内部構造１は、吸気ポート１０の内壁１０ｉのうち、インジェクタ３よりも燃焼室５４側の領域（下流側領域）に溝部２が設けられており、この溝部２が特定の形状である点を特徴の一つとする。以下、溝部２をより詳細に説明する。
【００１９】
・溝部
・・概要
溝部２は、吸気ポート１０の軸方向に透視したときの経路が吸気ポート１０の周方向に連続する。上記経路が周方向に連続する溝部２とは、溝部２に沿った軌跡をとると、吸気ポート１０の長手方向の位置が実質的に変化せず、環状に閉じた形態と、吸気ポート１０の長手方向の位置がずれた形態（以下、開いた形態と呼ぶ）とが挙げられる。環状に閉じた形態、及び開いた形態のいずれも、溝部２に沿った軌跡の長さが吸気ポート１０の内周長１周分以上の長さを有するものとする。
【００２０】
・・・環状に閉じた形態
環状に閉じた形態は、例えば、吸気ポート１０の横断面形状に沿った環状の溝、代表的には吸気ポート１０の内壁１０ｉを１周する円環状の溝などが挙げられる。図１の溝部２Ａは、複数の円環状の溝が、吸気ポート１０の長手方向に等間隔で並んだ溝群である。円環状の溝の他、図４（Ｄ）の溝部２Ｄのように波型の環状の溝、ギザギザの環状の溝（図示せず）などとすることができる。その他、環状に閉じた形態は、複数の溝が交差する部分を有することで閉じた経路となるものが挙げられる。例えば、図４（Ｅ）の溝部２Ｅのような格子溝などが挙げられる。溝部２Ｅに沿った軌跡は、交差していない溝部分と交差部分とを繰り返してなるジグザグの環状の溝（二点鎖線を参照）をとる。
【００２１】
・・・開いた形態
開いた形態は、代表的には、吸気ポート１０の内壁１０ｉに沿って、１ピッチ以上の長さを有するように設けられた螺旋状の溝（図示せず）が挙げられる。
【００２２】
・・断面形状
溝部２の断面形状は、種々の形状が利用できる。例えば、図１，図２に示す溝部２Ａのように断面矩形状の他、図３（Ｂ）に示す溝部２Ｂ，図３（Ｃ）に示す溝部２Ｃのように断面三角形状などとすることができる。溝部２の断面形状は、溝部２をつくる内側面２０が吸気流れに直交する又は鋭角に交差する形状であると、つまり内側面２０と吸気流れに沿った仮想面（図２では二点鎖線で示す）とがつくる交差角θが９０°以下であると、燃料ｆの液滴を溝部２に留め易いと考えられる。交差角θが９０°である溝部２Ａでは、図２に示すように液滴が内側面２０を乗り越え難く、溝部２Ａの角部に溜まり易いと考えられる。交差角θが９０°未満である溝部２Ｂでは、図３（Ｂ）に示すように液滴が内側面２０を滑り落ち易く乗り越え難い、又は液滴が上流側の内側面２０を乗り越えても、下流側の内側面２０に落ち易く、溝部２Ｂに液滴が溜まり易いと考えられる。
【００２３】
図３（Ｃ）に示す溝部２Ｃのように、断面形状が吸気流れに鈍角に交差する形状であると（上記交差角θが９０°超であると）、溝部２Ｃは上流側に向かって開口しているといえる。そのため、液滴は内側面２０に跳ね返されて乗り越え難く、溝部２Ｃに液滴が留まり易いと考えられる。
【００２４】
・・大きさ
溝部２の深さ、幅、開いた形態の場合には周方向の長さなどは、適宜選択できる。溝部２の深さが深いほど、又は幅が広いほど、又は周方向の長さが長いほど、表面積を増大できる。そのため、燃料ｆの気化を促進し易い上に、燃料ｆの液滴が存在しても液滴を留め易く、燃焼室５４への液滴の流入を防止し易い。溝部２の深さが浅いほど、又は幅が狭いほど、又は周方向の長さが短いほど、溝部２を形成し易く、シリンダヘッド５の製造性に優れる。
【００２５】
・・個数
溝部２の個数は、適宜選択できる。溝部２は、一つでもよいが、複数の溝群であると、表面積を増大でき、上述のように燃料ｆの気化の促進、燃料ｆの液滴の滞留領域の増大を図ることができる。また、複数の溝群であると、吸気ポート１０の内壁１０ｉのうち、インジェクタ３よりも燃焼室５４側の領域であって、溝部２を備える溝形成領域Ａ３における吸気ポート１０の軸方向長さが短い場合でも、溝数を多くすることで表面積を増大し易い。溝部２を複数の溝群とする場合、断面形状、大きさなどが異なる溝を組み合わせて備えることができる。例えば、溝部２は、吸気ポート１０の内壁１０ｉのうち、インジェクタ３から噴射する燃料が当たり易い部分についてのみ、深さが深い溝である溝群などとし、表面積を十分に大きくして気化し易くしたり、液滴を留め易くしたりすることができる。図１〜図４の溝部２の個数は例示である。
【００２６】
・製造方法
上述の特定の溝部２が設けられた内壁１０ｉを有する吸気ポート１０を備えるシリンダヘッド５は、代表的には砂型鋳造によって製造できる。溝部２の形成は、例えば、鋳造された吸気ポート１０の開口部から工具を差し入れて、切削加工を行うことが挙げられる。又は、砂型鋳造にあたり、複数の分割型を組み合わせて利用することが挙げられる。分割型を利用すれば、筒状の吸気ポート１０から、凹凸形状の分割型を容易に抜き取れる。シリンダヘッド５の構成材料は、鋳鉄などの鉄系材料、アルミニウムやその合金などの軽金属が挙げられる。
【００２７】
・効果
実施形態１の吸気ポートの内部構造１は、内壁１０ｉに溝部２が設けられていることで、吸気ポート１０の表面積を溝部２が無い場合に比較して増大できる。そのため、冷間始動時などで吸気ポート１０内に噴射された燃料ｆが気化し難い場合でも、気化を促進できる。この点から、実施形態１の吸気ポートの内部構造１は、燃焼室５４への燃料ｆの液滴の流入を防止できる。
【００２８】
更に、吸気ポートの内部構造１は、冷間始動時などで吸気ポート１０内に噴射された燃料ｆが吸気ポート１０の内壁１０ｉに付着して冷却されるなどして十分に気化できず、液滴が存在する場合でも、以下の理由により、上記液滴が燃焼室５４に流出し難い。上述の溝部２は、吸気ポート１０の内壁１０ｉ表面を吸気ポート１０の長手方向に分断するように設けられている。そのため、上記の液滴が吸気ポート１０の内壁１０ｉの任意の位置に付着して、内壁１０ｉを伝って燃焼室５４に向かう途中で、溝部２に落ちる。溝部２に落ちた液滴は、溝部２に沿って周方向に拡散する。この拡散によって、液滴が溝部２に留められる。液滴が溝部２に留められている間に暖機されることで、液滴が気化し易くなる。その結果、燃焼室５４に液滴が流入し難く、気化された燃料ｆを供給できる。
【００２９】
このように実施形態１の吸気ポートの内部構造１は、燃料ｆの液滴における燃焼室５４への流入を防止できるため、燃料ｆの未燃焼によるＨＣの増大抑制、空燃比のずれの低減による安定した燃焼、追加燃料の省略を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の吸気ポートの内部構造は、自動車などの内燃機関であって、吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関に利用できる。
【符号の説明】
【００３１】
１  吸気ポートの内部構造  ２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ  溝部
３  インジェクタ
１０  吸気ポート  １０ｉ  内壁  １２  吸気バルブ  ２０  内側面
４  シリンダヘッドカバー
５  シリンダヘッド  ５０  排気ポート  ５２  排気バルブ  ５４  燃焼室
５６  点火プラグ
６  シリンダブロック  ６０  シリンダ  ６２  ピストン
Ａ３  溝形成領域  θ  内側面と吸気流れに沿った仮想面とがつくる交差角
ｆ  燃料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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