JP4680828B2 - エンジンの吸気ポ−ト構造 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダ列線に対して直交する方向に延びる第１、第２吸気ポ−トを、燃焼室に開口する第１、第２吸気バルブ孔にそれぞれ連通させたエンジンの吸気ポ−ト構造に関する。

各シリンダに対応してストレートポートよりなる２個の吸気ポートを備えたエンジンにおいて、２個の吸気ポートのスロート部をそれぞれ湾曲させてスワールを発生させるようにしたものが、下記特許文献１により公知である。

即ち、シリンダ軸線に対して右側に配置された一方の吸気ポートは左側に湾曲してシリンダ内周に接線方向に接続することで、シリンダ内に時計方向のスワールを発生させ、またシリンダ軸線に対して左側に配置された他方の吸気ポートは前記一方の吸気ポートを避けるように一旦左側に湾曲した後に、前記一方の吸気ポートを超えた前方で右側に湾曲してシリンダ内周に接線方向に接続することで、シリンダ内に時計方向のスワールを発生させるようになっている。
特開平７−３４８８４号公報

ところで、上記従来のものは、２個の吸気ポートを共にシリンダ内周に接線方向に接続してスワールを発生させるため、両吸気ポートを強く湾曲させて取り回す必要があり、かつ前記他方の吸気ポートをシリンダ列線を越えてシリンダヘッドの吸気側から排気側に延ばす必要があるため、シリンダヘッドの加工コストの増加、シリンダヘッドの大型化化、シリンダヘッドの構造の複雑化の要因となる問題があった。

また吸気ポートとしてストレートポートに代えてヘリカルポートを採用すれば、吸気ポートをシリンダ内周に接線方向に接続する必要がないため、吸気ポートを湾曲させる必要がなくなるが、２個のヘリカルポートを採用すると、両ポートで発生するスワールが干渉して十分な性能が得られなくなる可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、エンジンの燃焼室に連なる２個の吸気ポートの構造を簡素化しながら十分なスワールを発生させることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、シリンダ列線に対して直交する方向に延びる第１、第２吸気ポ−トを、燃焼室に開口する第１、第２吸気バルブ孔にそれぞれ連通させたエンジンの吸気ポ−ト構造において、前記第１吸気ポ−トはスロート部が直線状に形成されてシリンダ内周の接線方向に開口することで第１スワールを発生するストレートポートであり、前記第２吸気ポートはスロート部が螺旋状に形成されて前記第１スワールの内側に該第１スワールと同方向の第２スワールを発生するヘリカルポートであり、前記第２吸気ポートは、前記第２吸気バルブ孔の周縁に沿って形成される螺旋外壁と、前記第２吸気バルブ孔の中心に位置するバルブステムの径方向外側に形成される螺旋内壁と、前記螺旋外壁に連なって前記第２吸気バルブ孔の接線方向に延びる第１導入壁と、前記第１導入壁と平行な状態から前記螺旋内壁に連続的に接続する第２導入壁とを有し、吸気の流れ方向下流側に向かって第１、第２導入壁の壁間距離が減少するのに従って、前記第１、第２導入壁の壁間距離と直交する方向の壁間距離が増加するように形成されることを特徴とするエンジンの吸気ポ−ト構造が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、シリンダ列線の一方の側に前記第１、第２吸気ポ−トが位置することを特徴とするエンジンの吸気ポ−ト構造が提案される。

請求項１の構成によれば、ストレートポートよりなる第１吸気ポ−トはスロート部が直線状に形成されてシリンダ内周の接線方向に開口することで第１スワールを発生させ、ヘリカルポートよりなる第２吸気ポートはスロート部が螺旋状に形成されて前記第１スワールの内側に該第１スワールと同方向の第２スワールを発生させる。このように、第１、第２吸気ポ−トを全体として殆ど湾曲させなくても、相互に干渉しない第１、第２スワールを効率的に発生させることが可能になり、シリンダヘッドの加工コストの低減、シリンダヘッドのコンパクト化、シリンダヘッドの構造の簡素化が可能になる。しかもスワールを発生させるために螺旋外壁および螺旋内壁を有する第２吸気ポートのスロート部のシリンダ軸線方向に見た幅を絞っても、螺旋外壁および螺旋内壁に連なる第１、第２導入壁の壁間距離が吸気の流れ方向下流側に向かって減少するのに従って、前記第１、第２導入壁の壁間距離と直交する方向の壁間距離を増加させることで、スロート部における吸気の流通抵抗の増加を最小限に抑えることができる。

また請求項２の構成によれば、シリンダ列線の一方の側に第１、第２吸気ポ−トを配置したので、吸気ポ−トの長さを最小限に抑えてシリンダヘッドの構造を簡素化することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図７は本発明の実施の形態を示すもので、図１はディーゼルエンジンのシリンダヘッドの水平断面図（図３の１−１線断面図）、図２は図１の要部拡大図、図３は図１の３−３線断面図、図４は図１の４−４線断面図、図５は図１の５−５線断面図、図６は第１、第２吸気ポ−トの斜視図（図３の６方向矢視図）、図７は図６の７方向矢視図である。

図１〜図５に示すように、直列４気筒のディーゼルエンジンは、シリンダブロック１１に形成された４個のシリンダ１１ａ…に摺動自在に嵌合する４個のピストン１２…を備えており、各ピストン１２の頂面にリエントラント型の燃焼室１３が凹設される。シリンダブロック１１の上面に結合されるシリンダヘッド１４の下面に、各シリンダ１１の頂面に対向する第１、第２吸気バルブ孔１５，１６と、第１、第２排気バルブ孔１７，１８とが開口しており、第１、第２吸気バルブ孔１５，１６に第１、第２吸気ポ−ト１９，２０が連通し、第１、第２排気バルブ孔１７，１８に第１、第２排気ポート２１，２２が連通する。

４個のシリンダ１１ａ…の中心を結ぶシリンダ列線Ｌ１に対して、第１、第２吸気ポ−ト１９，２０は一側に配置され、第１、第２排気ポート２１，２２は他側に配置される。第１、第２吸気ポ−ト１９，２０は各々独立してシリンダ列線Ｌ１に対して直交する方向に略直線状に延び、第１、第２排気ポート２１，２２は下流端が合流する。ピストン１２が上死点にあるとき、ピストン１２の上面とシリンダヘッド１４の下面との間にスキッシュエリアが形成される。

第１、第２吸気バルブ２３，２４は、第１、第２吸気バルブ孔１５，１６を開閉するバルブボディ２３ａ，２４ａと、バルブボディ２３ａ，２４ａに連なるバルブステム２３ｂ，２４ｂとを備えており、シリンダ軸線Ｌ２に対して平行に配置されたバルブステム２３ｂ，２４ｂはバルブガイド２５，２５に摺動自在に支持され、吸気バルブスプリング２６，２６により閉弁方向に付勢される。一端が油圧タペット２７に支持された吸気ロッカアーム２８の他端が第１、第２吸気バルブ２３，２４のステムエンドに当接し、中間部に設けたローラ２９が吸気カムシャフト３０に設けた吸気カム３１に当接する。

第１、第２排気バルブ３２，３３は、第１、第２排気バルブ孔１７，１８を開閉するバルブボディ３２ａ，３３ａと、バルブボディ３２ａ，３３ａに連なるバルブステム３２ｂ，３３ａとを備えており、シリンダ軸線Ｌ２に対して平行に配置されたバルブステム３２ｂ，３３ｂはバルブガイド３４，３４に摺動自在に支持され、排気バルブスプリング３５，３５により閉弁方向に付勢される。一端が油圧タペット３６に支持された排気ロッカアーム３７の他端が第１、第２排気バルブ３２，３３のステムエンドに当接し、中間部に設けたローラ３８が排気カムシャフト３９に設けた排気カム４０に当接する。

シリンダ軸線Ｌ２上に位置するインジェクタ４１の先端と、シリンダ軸線Ｌ２に対して傾斜したグロープラグ４２の先端とが燃焼室１３に臨むように配置される。

しかして、吸気カムシャフト３０が回転すると吸気カム３１にローラ２９を押圧された吸気ロッカアーム２８が油圧タペット２７を支点として揺動し、第１、第２吸気バルブ２３，２４のステムエンドを吸気バルブスプリング２６，２６の弾発力に抗して押圧することで開弁駆動する。また排気カムシャフト３９が回転すると排気カム４０にローラ３８を押圧された排気ロッカアーム３７が油圧タペット３６を支点として揺動し、第１、第２排気バルブ３２，３３のステムエンドを排気バルブスプリング３５，３５の弾発力に抗して押圧することで開弁駆動する。

図６および図７に示すように、第１吸気ポ−ト１９は、第１吸気バルブ孔１５の直上流のスロート部４３が線状に延びるストレートポートであり、シリンダ軸線Ｌ２方向に見てシリンダ１１ａ内周に対して接線方向に連なっている。従って、第１吸気バルブ２３が開弁して第１吸気ポ−ト１９からシリンダ１１ａ内に吸気が導入されるとき、その吸気がシリンダ１１ａ内周の接線方向に流れることでシリンダ軸線Ｌ２を囲むように第１スワールがＳ１が発生する。

第２吸気ポ−ト２０は、第２吸気バルブ孔１６の直上流のスロート部４４が第２吸気バルブ２４のバルブステム２４ｂを囲むように螺旋状に延びるヘリカルポートである。スロート部４４は、第２吸気バルブ孔１６内周に接線方向に連なるように形成される螺旋外壁４４ａと、第２吸気バルブ２４のバルブステム２４ｂの径方向外側に形成される螺旋内壁４４ｂとを備えており、旋回外壁４４ａおよび旋回内壁４４ｂの壁間距離は吸気の流れ方向下流側ほど狭くなるように絞られている。これにより第２吸気ポ−ト２０が発生する第２スワールＳ２が強められる反面、スロート部４４おける吸気の流通抵抗が増加してしまう問題がある。

旋回外壁４４ａの上流側に連なる第１導入壁４５はほぼ直線状に延びているが、この第１導入壁４５に対向して旋回内壁４４ｂに連なる第２導入壁４６は、下流側ほど第１導入壁４５に接近する方向に湾曲している。シリンダ軸線Ｌ２方向に見た第２吸気ポ−ト２０の幅、つまり第１、第２導入壁４５，４６の壁間距離Ｗ（図２参照）は下流側ほど狭まっているため、吸気の流通抵抗は更に増加してしまう。しかしながら本実施の形態では、シリンダ軸線Ｌ２に直交する方向に見た第２吸気ポ−ト２０の壁間距離Ｈ（図４参照）は下流側ほど広がっているため、第２吸気ポート２０のスロート部４４の狭まりと、その上流側の第２吸気ポート２０の幅Ｗの狭まりとを、該第２吸気ポート２０の高さＨの広がりで補償し、絞りの強いヘリカルポートよりなる第２吸気ポート２０の吸気の流通抵抗の増加を最小限に抑えることができる。

以上のように、シリンダ１１ａの内部に連なる第１、第２吸気ポート１９，２０のうち、ストレートポートよりなる第１吸気ポート１９をシリンダ１１ａ内周に接線方向に接続して第１スワールＳ１を発生させ、またヘリカルポートよりなる第２吸気ポート２０により前記第１スワールＳ１の内側に該第１スワールＳ１と同方向の第２スワールＳ２を発生させるので、第１、第２スワールＳ１，Ｓ２の干渉を最小限に抑えて強いスワールを効果的に発生させることができる。しかも第１、第２吸気ポ−ト１９，２０をシリンダ列線Ｌ１に対して直交する方向に略直線的に配置しながら効率的にスワールＳ１，Ｓ２を発生させることができるので、シリンダヘッド１４の加工コストの低減、シリンダヘッド１４のコンパクト化、シリンダヘッド１４の構造の簡素化が可能になる。

特に、第１、第２吸気ポート１９，２０がシリンダ軸線Ｌ１に対して片側に配置されていて、シリンダ軸線Ｌ１の反対側（第１、第２排気ポート２１，２２側）に延びていないので、第１、第２吸気ポート１９，２０の長さを最小限に抑えることができ、これによりシリンダヘッド１４の加工コストの更なる低減、シリンダヘッド１４の更なるコンパクト化、シリンダヘッド１４の構造の更なる簡素化が可能になる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では直列４気筒のエンジンを例示したが、本発明は任意の気筒数のエンジンに対して適用することができる。尚、単気筒エンジンやＶ型２気筒エンジンの場合には、本発明の気筒列線方向Ｌ１とは、クランクシャフトと平行な方向として定義される。

ディーゼルエンジンのシリンダヘッドの水平断面図（図３の１−１線断面図） 図１の要部拡大図 図１の３−３線断面図 図１の４−４線断面図 図１の５−５線断面図 第１、第２吸気ポ−トの斜視図（図３の６方向矢視図） 図６の７方向矢視図

１１ａ シリンダ
１３ 燃焼室
１５ 第１吸気バルブ孔
１６ 第２吸気バルブ孔
１９ 第１吸気ポート
２０ 第２吸気ポート
２４ｂ バルブステム
４３ スロート部
４４ スロート部
４４ａ 螺旋外壁
４４ｂ 螺旋内壁
４５ 第１導入壁
４６ 第２導入壁
Ｈ 壁間距離
Ｌ１ シリンダ列線
Ｓ１ 第１スワール
Ｓ２ 第２スワール
Ｗ 壁間距離

Claims (2)

1. シリンダ列線（Ｌ１）に対して直交する方向に延びる第１、第２吸気ポ−ト（１９，２０）を、燃焼室（１３）に開口する第１、第２吸気バルブ孔（１５，１６）にそれぞれ連通させたエンジンの吸気ポ−ト構造において、
   前記第１吸気ポ−ト（１９）はスロート部（４３）が直線状に形成されてシリンダ（１１ａ）内周の接線方向に開口することで第１スワール（Ｓ１）を発生するストレートポートであり、前記第２吸気ポート（２０）はスロート部（４４）が螺旋状に形成されて前記第１スワール（Ｓ１）の内側に該第１スワール（Ｓ１）と同方向の第２スワール（Ｓ２）を発生するヘリカルポートであり、
   前記第２吸気ポート（２０）は、前記第２吸気バルブ孔（１６）の周縁に沿って形成される螺旋外壁（４４ａ）と、前記第２吸気バルブ孔（１６）の中心に位置するバルブステム（２４ｂ）の径方向外側に形成される螺旋内壁（４４ｂ）と、前記螺旋外壁（４４ａ）に連なって前記第２吸気バルブ孔（１６）の接線方向に延びる第１導入壁（４５）と、前記第１導入壁（４５）と平行な状態から前記螺旋内壁（４４ｂ）に連続的に接続する第２導入壁（４６）とを有し、吸気の流れ方向下流側に向かって第１、第２導入壁（４５，４６）の壁間距離（Ｗ）が減少するのに従って、前記第１、第２導入壁（４５，４６）の壁間距離（Ｗ）と直交する方向の壁間距離（Ｈ）が増加するように形成されることを特徴とするエンジンの吸気ポ−ト構造。
2. シリンダ列線（Ｌ１）の一方の側に前記第１、第２吸気ポ−ト（１９，２０）が位置することを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの吸気ポ−ト構造。

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