JP2628138B2 - 内燃機関における吸気ポート構造 - Google Patents

内燃機関における吸気ポート構造

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリンダブロックのデ
ッキ面に接合されるシリンダヘッドに燃焼室、吸気ポー
ト及び排気ポートを形成し、前記吸気ポートと燃焼室間
に設けられた吸気弁座を吸気弁で開閉するとともに前記
排気ポートと燃焼室間に設けられた排気弁座を排気弁で
開閉する内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃焼室に吸入される混合気にスワールを
発生させると、混合気のリーンバーン限界が延びて燃費
が改善される。スワールには横スワールと縦スワールと
があり、横スワールは燃焼室に吸入された混合気がシリ
ンダの軸線回りに回転するものであり、また縦スワール
は燃焼室に吸入された混合気が燃焼室の壁面、シリンダ
の壁面及ピストンの頂面に沿って回転するものである。
【０００３】かかる縦スワールを発生させるべく、吸気
弁の吸気弁座に連なる燃焼室の壁面を円錐形状に形成し
たものが、特開平２−２４８６１６号公報により公知で
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで上記従来のも
のは、混合気に縦スワールを発生させることは可能であ
るが、混合気の吸入量が不十分になって充分な出力が得
られない問題がある。
【０００５】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、混合気の吸入量を充分に確保しながら有効な縦スワ
ールを発生させることが可能な内燃機関における吸気ポ
ート形状を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１に記載された発明は、シリンダブロックの
デッキ面に接合されるシリンダヘッドに燃焼室、吸気ポ
ート及び排気ポートを形成し、前記吸気ポートと燃焼室
間に設けられた吸気弁座を吸気弁で開閉するとともに前
記排気ポートと燃焼室間に設けられた排気弁座を排気弁
で開閉する内燃機関において、吸気弁座の直上流の吸気
ポートのデッキ面側内壁にエッジ部を形成し、吸気ポー
トの中心線がデッキ面となす角度を排気弁座の端面がデ
ッキ面となす角度よりも小さく設定し、吸気ポートの中
心線の延長線と燃焼室の頂点を通ってデッキ面に直交す
る直線との交点のデッキ面からの距離Ｈを、燃焼室の頂
点のデッキ面からの距離Ｈ0 よりも小さく設定したこと
を特徴とする。
【０００７】また請求項２に記載された発明は、請求項
１の構成に加えて、吸気ポートの中心線の延長線と燃焼
室の頂点を通ってデッキ面に直交する直線との交点のデ
ッキ面からの距離Ｈと、燃焼室の頂点のデッキ面からの
距離Ｈ0 とを、Ｈ0 ＞Ｈ＞２Ｈ0 ／３の関係を満たすよ
うに設定したことを特徴とする。
【０００８】また請求項３に記載された発明は、請求項
１の構成に加えて、吸気ポートのエッジ部の上流側に肉
盛部を連設したことを特徴とする。
【０００９】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。
【００１０】図１〜図３は本発明の第１実施例を示すも
ので、図１は内燃機関のシリンダヘッド部の縦断面図、
図２は図１の２−２線断面図、図３は図１の要部拡大図
である。
【００１１】図１及び図２に示すように、内燃機関Ｅは
ピストン１が摺動自在に嵌合するシリンダブロック２を
備えており、そのデッキ面２1 にシリンダヘッド３が結
合される。シリンダヘッド３に形成される燃焼室４は所
謂ペントルーフ型のもので、中央部が高くなるように相
互に交差させた吸気側及び排気側の一対の平坦なルーフ
面を有する。シリンダヘッド３には一対の吸気ポート５
と一対の排気ポート６とが相互に対向するように形成さ
れており、吸気ポート５の下流端は吸気口７を介して燃
焼室４に開口するとともに、排気ポート６の上流端は排
気口８を介して燃焼室４に開口する。
【００１２】シリンダヘッド３に設けたバルブガイド９
に軸部１０1 を摺動自在に案内される吸気弁１０は、そ
の傘部１０2 が吸気口７に装着した吸気弁座１１に着座
可能である。また、シリンダヘッド３に設けたバルブガ
イド１２に軸部１３1 を摺動自在に案内される排気弁１
３は、その傘部１３2 が排気口８に装着した排気弁座１
４に着座可能である。吸気弁１０及び排気弁１３はそれ
ぞれ弁ばね１５，１６で閉弁方向に付勢されており、図
示せぬ吸気カム及び排気カムに押圧されることにより弁
ばね１５，１６に抗して開弁駆動される。前記吸気弁座
１１の下面と前記排気弁座１４の下面とは、それらが設
けられる燃焼室４のルーフ面と面一になっている。
【００１３】図３を併せて参照すると明らかなように、
吸気孔７の直上流における吸気ポート５の下面（即ち、
デッキ面２1 側）には円弧状のエッジ部１７が形成され
る。本実施例では、前記エッジ部１７の位置は吸気弁座
１１の上面と一致しており、吸気弁座１１の上面から測
ったエッジ部１７の高さｈは０になっている。エッジ部
１７の存在により吸気ポート５の下面に沿う流れに渦が
発生して流速が低下するため、吸気ポート５の上面に沿
う流速の高い流れとの間に速度差が発生し、その速度差
により吸気の流れが下向きに偏向して縦スワールが効果
的に形成される。
【００１４】また、吸気ポート５の中心線Ｌがデッキ面
２1 となす角度θは２０°であり、燃焼室４の排気弁１
３側のルーフ面がデッキ面２1 となす角度θ0 （即ち、
排気弁座１４がデッキ面２1 となす角度θ0 ）は前記θ
よりも大きい２２°に設定されている。これにより、吸
気ポート５の上面に沿う流れが前記角度θ0 を有する燃
焼室４の排気側のルーフ面に案内されて下向きに偏向
し、縦スワールが効果的に形成される。
【００１５】更に、吸気ポート５の中心線Ｌの延長線と
燃焼室４の頂点を通ってデッキ面２ 1 に直交する直線Ｌ
0 との交点をＰとすると、デッキ面２1 から前記交点Ｐ
までの距離Ｈは１１ｍｍであり、デッキ面２1 から燃焼
室４の頂点までの距離Ｈ0 （＝１４ｍｍ）よりも小さく
なるように設定されている。これにより、混合気を小さ
な流路抵抗で吸気ポート５から燃焼室４にスムーズに導
入し、混合気の吸入量を十分に確保することができる。
【００１６】表１は前記実施例、変形例１，２及び比較
例１，２，３の各部の形状及び特性を示すもので、表中
のθは吸気ポート５の中心線Ｌがデッキ面２1 となす角
度、Ｈはデッキ面２1 から前記交点Ｐまでの距離、ｈは
吸気弁座１１の上面から測ったエッジ部１７の高さであ
り、Ｎｅlimit はエンジン限界回転数（吸気流量試
験）、Ｔ／Ｒはタンブル比（縦スワールの強度を表す指
標）である。
【００１７】
【表１】 表１における実施例及び変形例１，２は、以下の〜
の条件を全て満たしている。 吸気孔７の直上流における吸気ポート５の下面に設
けられたエッジ部１７ θ＜θ0 Ｈ0 ＞Ｈ＞２Ｈ0 ／３ これにより、エンジン限界回転数Ｎｅlimit 及びタンブ
ル比Ｔ／Ｒは何れも良好な値（大きな値）となり、エン
ジンの高出力を維持しながら混合気のリーンバーン限界
を延ばして燃費を改善することが可能となる。
【００１８】一方、比較例１はｈの値が実施例及び変形
例１，２のそれよりも大きく、エッジ部１７が吸気孔７
よりもかなり上流に設けられている。その結果、前記
の条件が満たされておらず、エンジン限界回転数Ｎｅli
mit 及びタンブル比Ｔ／Ｒは実施例及び変形例のものよ
りも何れも小さくなって性能が悪化している。これは、
エッジ部１７と吸気口７との距離が増加したために、エ
ッジ部１７で発生した渦流が吸気口７に達するまでに再
び整流されてしまい、吸気ポート５の下面と上面との流
速差が減少するためと考えられる。更に、比較例１はＨ
の値がＨ0 の値よりも大きいために前記の条件が満た
されておらず、これも性能低下の要因になっている。
【００１９】また、比較例２はＨの値がＨ0 の値よりも
大きいために前記の条件が満たされなくなっており、
その結果エンジン限界回転数Ｎｅlimit が低下してい
る。
【００２０】また、比較例３はθの値がθ0 の値よりも
大きいために前記の条件が満たされなくなっており、
その結果タンブル比Ｔ／Ｒが低下している。
【００２１】尚、シリンダヘッド２を鋳造する際に吸気
ポート５及び排気ポート６は中子によって形成される
が、中子の位置ずれによって前記エッジ部１７の位置や
形状に１ｍｍ程度の誤差があっても、エンジン限界回転
数Ｎｅlimit やタンブル比Ｔ／Ｒに大きな変化がないこ
とが実験的に確認されている。従って、本発明のエッジ
部１７を有する吸気ポート５の形成は、生産技術の観点
からも容易である。
【００２２】図４は本発明の第２実施例を示すものであ
る。
【００２３】第２実施例は吸気ポート５に形成したエッ
ジ部１７の上流側に肉盛部１８を連設したもので、その
他の構成は第１実施例と同一である。
【００２４】前記肉盛部１８は渦流を発生させるエッジ
部１７の機能を弱めるもので、肉盛部１８の高さを増加
させるとタンブル比Ｔ／Ｒが低下する。従って、肉盛部
１８の高さを増減することにより、タンブル比Ｔ／Ｒを
任意に調節することが可能となる。
【００２５】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は前記実施例に限定されるものではなく、種々の設計
変更を行うことができる。
【００２６】例えば、実施例ではペントルーフ型の燃焼
室４を例示したが、本発明の半球型の燃焼室に対しても
適用することができる。この場合、前記角度θ0 は排気
弁座１４がデッキ面２1 となす角度により定義される。
また、本発明は各シリンダに１個の吸気弁或いは３個以
上の吸気弁を備えたエンジンに対しても適用することが
できる。
【００２７】
【発明の効果】以上のように、請求項１に記載された発
明によれば、吸気弁座の直上流の吸気ポートのデッキ面
側内壁にエッジ部を形成し、吸気ポートの中心線がデッ
キ面となす角度を排気弁座の端面がデッキ面となす角度
よりも小さく設定し、吸気ポートの中心線の延長線と燃
焼室の頂点を通ってデッキ面に直交する直線との交点の
デッキ面からの距離を、燃焼室の頂点のデッキ面からの
距離よりも小さく設定したので、燃焼室に強力な縦スワ
ールを発生させて混合気のリーンバーン限界を延ばすこ
とにより燃費を改善しながら、混合気の吸入量を充分に
確保して出力の向上を図ることができる。
【００２８】また請求項２に記載された発明によれば、
吸気ポートの中心線の延長線と燃焼室の頂点を通ってデ
ッキ面に直交する直線との交点のデッキ面からの距離Ｈ
と、燃焼室の頂点のデッキ面からの距離Ｈ0 とを、Ｈ0
＞Ｈ＞２Ｈ0 ／３の関係を満たすように設定したことに
より、縦スワールの発生と混合気の吸入量とを効果的に
両立させることができる。
【００２９】また請求項３に記載された発明によれば、
吸気ポートのエッジ部の上流側に肉盛部を連設したこと
により、縦スワールの強さを任意に調節することが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関のシリンダヘッド部の縦断面図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】図１の要部拡大図
【図４】第２実施例に係る、前記図１に対応する図
【符号の説明】
２ シリンダブロック ２1 デッキ面 ３ シリンダヘッド ４ 燃焼室 ５ 吸気ポート ６ 排気ポート １０ 吸気弁 １３ 排気弁 １１ 吸気弁座 １４ 排気弁座 １７ エッジ部 １８ 肉盛部 Ｌ 中心線 Ｌ0 直線 Ｐ 交点 θ 角度 θ0 角度

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリンダブロック（２）のデッキ面（２
    1 ）に接合されるシリンダヘッド（３）に燃焼室
    （４）、吸気ポート（５）及び排気ポート（６）を形成
    し、前記吸気ポート（５）と燃焼室（４）間に設けられ
    た吸気弁座（１１）を吸気弁（１０）で開閉するととも
    に前記排気ポート（６）と燃焼室（４）間に設けられた
    排気弁座（１４）を排気弁（１３）で開閉する内燃機関
    において、 吸気弁座（１１）の直上流の吸気ポート（５）のデッキ
    面（２1 ）側内壁にエッジ部（１７）を形成し、 吸気ポート（５）の中心線（Ｌ）がデッキ面（２1 ）と
    なす角度（θ）を排気弁座（１４）の端面がデッキ面
    （２1 ）となす角度（θ0 ）よりも小さく設定し、 吸気ポート（５）の中心線（Ｌ）の延長線と燃焼室
    （４）の頂点を通ってデッキ面（２1 ）に直交する直線
    （Ｌ0 ）との交点（Ｐ）のデッキ面（２1 ）からの距離
    Ｈを、燃焼室（４）の頂点のデッキ面（２1 ）からの距
    離Ｈ0 よりも小さく設定したことを特徴とする、内燃機
    関における吸気ポート構造。
  2. 【請求項２】 吸気ポート（５）の中心線の延長線
    （Ｌ）と燃焼室（４）の頂点を通ってデッキ面（２1 ）
    に直交する直線（Ｌ0 ）との交点（Ｐ）のデッキ面（２
    1 ）からの距離Ｈと、燃焼室（４）の頂点のデッキ面
    （２1 ）からの距離Ｈ0 とを、Ｈ0 ＞Ｈ＞２Ｈ0 ／３の
    関係を満たすように設定したことを特徴とする、請求項
    １記載の内燃機関における吸気ポート構造。
  3. 【請求項３】 吸気ポート（５）のエッジ部（１７）の
    上流側に肉盛部（１８）を連設したことを特徴とする、
    請求項１記載の内燃機関における吸気ポート構造。
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