JP4888460B2

JP4888460B2 - 内燃機関のポート構造

Info

Publication number: JP4888460B2
Application number: JP2008236308A
Authority: JP
Inventors: 和佳阿部; 二三郎高宮
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2024-01-13
Also published as: JP2009013990A

Description

本発明は、吸気バルブの開放時に吸気流を燃焼室に導入してタンブル流を形成する吸気
ポート、または、排気バルブの開放時に燃焼ガスを燃焼室から排出する排気ポートなどに
適用される内燃機関のポート構造に関するものである。

図９は、一般的な内燃機関の吸気ポート構造を表す概略図、図１０−１から図１１−２
は、内燃機関の吸気ポート構造の設計思想を表す概略図、図１２は、従来の内燃機関の吸
気ポート構造を表す概略図である。

一般的な内燃機関の吸気ポート構造において、図９に示すように、燃焼室１０１の上部
に吸気ポートの下流端部が連通し、ここに吸気バルブ１０３が設けられている。従って、
この吸気バルブ１０３を開閉することで、吸気ポート１０２の吸気流を燃焼室１０１に導
入可能となっている。このような吸気ポート１０３の設計思想において、高タンブル比と
高流量係数を両立させることが高効率なエンジン性能を得ることとなる。

即ち、吸気バルブ１０３が開放されたときに吸気ポート１０２の吸気流が燃焼室１０１
に導入される。このとき、吸気ポート１０２の上面部側を流れる吸気流１０４は、直線的
に燃焼室１０１に流れ込み、強いタンブル流１０５を形成する必要がある。一方、吸気ポ
ート１０２の下面部側を流れる吸気流１０６は、タンブル流に干渉しないようにその壁面
に沿って燃焼室１０１に流す必要がある。即ち、吸気ポート１０２のスロート部１０７は
、上面部側をなだらかな曲線形状に形成することで高タンブル比が可能となり、下面部側
でその屈曲角度θを大きく設定することで高流量係数が可能となる。

ところで、シリンダヘッドに形成された吸気ポートに対して、その下流端部に燃焼室に
連通するスロート部を形成する場合、シリンダヘッドの下面からスロートカッタを用いて
このスロート部を形成する。図１０−１に示すように、お椀形状をなすスロートカッタ２
０１を用い、吸気ポート２０２の軸線２０３に対して所定角度傾斜した吸気バルブの軸線
２０４に沿って切削加工してスロート部２０５を形成する。また、図１０−２に示すよう
に、山形形状をなすスロートカッタ２１１を用い、吸気ポート２１２の軸線２１３に対し
て所定角度傾斜した吸気バルブの軸線２１４に沿って切削加工してスロート部２１５を形
成する。

ところが、図１０−１に示すように、お椀形状をなすスロートカッタ２０１を用いてス
ロート部２０５を形成すると、吸気ポート２０２におけるスロート部２０５の上面部にデ
ッドボリュームが形成され、吸気流に乱れが生じてタンブル流が弱くなってしまう。一方
、図１０−２に示すように、山形形状をなすスロートカッタ２１１を用いてスロート部２
１５を形成すると、吸気ポート２１２におけるスロート部２１５の下面部の屈曲角度θが
小さくなり、吸気流が壁面から剥離して流量が低下してしまう。

吸気ポートから燃焼室に流入する吸気の流量を増加させる方法として、吸気ポートの径
を大きくすることが知られている。ところが、図１１−１に示すように、円形断面の吸気
ポート３０１を太くして上方に移行すると、この吸気ポート３０２の上面部側を流れる吸
気流３０３は、より下方に直線的に燃焼室に流れ込むこととなり、タンブル流の形成位置
が下方となって流量が低下してしまう。また、図１１−２に示すように、円形断面の吸気
ポート３１１を太くして下方に移行すると、この吸気ポート３１２の下面部の屈曲角度が
小さくなり、ここを流れる吸気流３１３は壁面から剥離して流量が低下してしまう。

このような吸気ポートの設計思想から、最大流量を低下させずにタンブル流の強さを強
くするようにした技術が、各特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された
内燃機関の吸気ポート構造では、図１２に示すように、吸気ポート４０１と燃焼室４０２
とを吸気バルブ４０３により開閉自在とし、この吸気ポート４０１のタンブル流側半部４
０１ａを他半部４０１ｂよりも拡幅する略三角断面形状とし、吸気ポート４０１からの吸
気流がタンブルを促進するようにしている。

実開平０４−１３７２２４号公報

ところが、上述した特許文献１に記載された従来の内燃機関の吸気ポート構造にあって
は、吸気ポート４０１が略三角断面形状であるため、円形断面形状に対して実質的に断面
積が減少してしまい、燃焼室４０２に導入される流量が低下してしまう。所定の流量を確
保するためには、吸気ポート４０１の幅を大きくしたり、高さを高くする必要がある。し
かし、吸気ポートを形状変更すると、前述したように、吸気流の乱れを生じて流量の低下
を阻止することはできない。

また、吸気ポート４０１は下流端部が吸気バルブ４０３により閉止可能とするため、吸
気バルブ４０３の形状に合わせて円形断面形状とする必要がある。そのため、吸気ポート
４０１は、三角断面形状から途中で円形断面形状にその形状を移行させなければならない
。しかし、三角断面形状をなす吸気ポート４０１は他半部４０１ａが鋭角形状であるため
、円形断面形状に滑らかに連続させることが困難となる。そのため、吸気ポート４０１は
、三角断面形状部から円形断面形状部への接続部にねじれが生じ、角部や段差部により吸
気流をスムースに流すことができず、燃焼室４０２へ流動する吸気の流量が低下してしま
う。

本発明はこのような問題を解決するためのものであり、構造の複雑化を招くことなくス
ムースな吸気の流入または排気の排出を可能とした内燃機関のポート構造を提供すること
を目的とする。

上述した課題を解決し、その目的を達成するために、本発明の内燃機関のポート構造は、燃焼室に開閉バルブを介して連通可能な内燃機関のポート構造において、上面部及び下面部と左右側面部を有する略四角断面形状とし、前記上面部と前記下面部との距離としての高さより前記左側面部と前記右側面部との距離としての幅が大きく設定される一方、燃焼室へのスロート部を円形断面形状とし、前記ポートの前記上面部と前記スロート部とを前記ポートの上面部近傍を流れる気流がスムースに燃焼室に流入するように滑らかな面により連続させ、前記ポートは、上面部及び下面部と左右側面部とを有し、少なくとも前記左右側面部の２面が平行をなし、前記上面部と左右側面部とが左右上曲面部により連続されると共に、下面部と前記左右側面部とが左右下曲面部により連続され、前記上曲面部の曲率半径は前記下曲面部の曲率半径よりも小さく設定されたことを特徴とするものである。

本発明の内燃機関のポート構造では、前記ポートは、吸気バルブの開放時に吸気流を燃
焼室に導入してタンブル流を形成する吸気ポートであることを特徴としている。

本発明の内燃機関のポート構造では、前記ポートと前記スロート部とは、前記幅が同じに形成されたことを特徴としている。

本発明の内燃機関のポート構造によれば、ポートを上面部及び下面部と左右側面部を有する略四角断面形状とし、上面部と下面部との距離としての高さより左側面部と右側面部との距離としての幅を大きく設定する一方、スロート部を円形断面形状とし、ポートの上面部とスロート部とをポートの上面部近傍を流れる気流がスムースに燃焼室に流入するように滑らかな面により連続させ、ポートが上面部及び下面部と左右側面部とを有し、少なくとも左右側面部の２面が平行をなし、上面部と左右側面部とを左右上曲面部により連続させると共に、下面部と左右側面部とを左右下曲面部により連続させ、上曲面部の曲率半径を下曲面部の曲率半径よりも小さく設定したので、構造の複雑化を招くことなく、スムースな燃焼室への吸気の流入、または燃焼室からの排気の排出を可能とすることができる。

以下に、この発明に係る内燃機関のポート構造の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関のポート構造を吸気ポートに適用した概略断
面図、図２は、実施例１の吸気ポートを表す概略図、図３は、実施例１の吸気ポートの加
工方法を表す断面図、図４は、実施例１の吸気ポートにおけるタンブル比と流量の関係を
表すグラフである。

実施例１では、本発明の内燃機関のポート構造を吸気ポートに適用して説明する。実施
例１の内燃機関の吸気ポート構造において、図１及び図２に示すように、吸気ポート１１
は、その中心線Ｃ１が燃焼室１２の中心線Ｃ２に対して所定角度傾斜するようにシリンダ
ヘッド１３に設けられている。吸気バルブ１４は、吸気ポート１１の中心線Ｃ１に対して
所定の角度をもった中心線Ｃ３に沿ってシリンダヘッド１３に軸方向移動自在に支持され
ている。そして、吸気ポート１１の燃焼室１２に臨む端縁部には、この吸気バルブ１４が
離着座する環状のシートリング１５が圧入されている。

また、吸気ポート１１は、その上流部が略四角断面（長方形断面）形状をなしている。
即ち、この吸気ポート１１の断面形状にて、上面部２１と下面部２２との２面が平行をな
すと共に、左側面部２３と右側面部２４との２面が平行をなしている。そして、上面部２
１の両端部と左右側面部２３，２４の各上端部とが左右上曲面部２５，２６により連続さ
れると共に、下面部２２の両端部と左右側面部２３，２４の各下端部とが左右下曲面部２
７，２８により連続されている。この場合、上曲面部２５，２６の曲率半径Ｒ１は下曲面
部２７，２８の曲率半径Ｒ２よりも小さく設定されている。

一方、吸気ポート１１は、その下流部、つまりスロート部１１ａが略円形断面形状をな
している。そして、吸気ポート１１はその上流部から下流部のスロート部１１ａにかけて
、四角断面形状を円形断面形状に徐々に変化させ、断面形状が滑らかなに移行するように
両者が連続している。この場合、吸気ポート１１は、スロート部１１ａに対して上面部２
１のラインよりも、下面部２２のラインのほうが短いため、断面の曲率半径が大きく変化
するとその面がしわになり、エッジ部が形成されてしまう。本実施例では、前述したよう
に、吸気ポート１１は、上面部２１側の上曲面部２５，２６の曲率半径Ｒ１よりも、下面
部２２側の下曲面部２７，２８の曲率半径Ｒ２の方が大きく設定されている。そのため、
大きな曲率半径Ｒ２の下曲面部２７，２８から円形断面への変更は容易なものとなり、吸
気ポート１１は、その上流部から下流のスロート部１１ａにかけて滑らかな面で連続させ
ることができる。

また、吸気ポート１１の上流部とスロート部１１ａとは、両者の幅がほぼ等しくなるよ
うに設定することが望ましい。それにより、吸気ポート１１の吸気流がこのスロート部１
１ａを通ってスムースに燃焼室１２に流入させることができる。更に、この吸気ポートの
上流部は、高さＨより幅Ｗのほうが大きくなるように長方形に設定することが望ましい。
それにより、所定の大きさの流路断面積を確保する一方で、吸気ポート１１の上面位置を
低く設定して強いタンブル流を確保することができると共に、吸気ポート１１の下面位置
を高く設定して燃焼室１２へと続く壁面の屈曲角度θを大きくすることで、吸気流の剥離
を抑制して吸気流量を増加させることができる。また、吸気ポート１１は、上面部２１側
の上曲面部２５，２６の曲率半径Ｒ１が下面部２２側の下曲面部２７，２８の曲率半径Ｒ
２より小さく設定されているため、平面領域を多く確保することができ、この点でも吸気
流量を増加させてタンブルを効率よく高めることができる。

シートリング１５は、燃焼室１２の中央部に近い領域の内周面１６ａが吸気ポート１１
の流路に沿って傾斜すると共に、燃焼室１２の外周部に近い領域の内周面１６ｂが燃焼室
１２に向かって拡開するように形成されている。即ち、吸気ポート１１のスロート部１１
ａからシートリング１５の内周面１６ａは滑らかに接続されており、吸気流のエネルギー
ロスを最小限とし、タンブル流が弱まらないように構成されている。一方、吸気ポート１
１のスロート部１１ａからシートリング１５の内周面１６ｂは滑らかに接続されており、
この接続部付近での吸気流の剥離を低減し、エネルギーロスが最小限となるように、その
屈曲角度θが大きくなるように、所定の曲率半径Ｒ３で燃焼室１２に向かって拡開させて
ある。この曲率半径Ｒ３は、吸気ポート１１の代表内径をＤとすると、例えば、Ｄ／１０
以上Ｄ／２以下の範囲内で設定することが好ましい。

このように構成された吸気ポート１１のスロート部１１ａ及びシートリング１５は、そ
の内周面１６ａ，１６ｂが複数のテーパ加工によって近似的な曲面として形成される。以
下に、その加工方法を説明する。

図３に示すように、第１の工程では、シートカッタ３１を吸気バルブ１４の中心線Ｃ３
に沿って所定量進め、シートリング１５の内周面１６ａ，１６ｂを切削加工する。第２の
工程では、スロートカッタ３２を吸気バルブ１４の中心線Ｃ３に対して吸気ポート１１の
中心線Ｃ１側に所定角度α傾斜させた中心線Ｃ４に沿って所定量進め、シートリング１５
の内周面１６ａ，１６ｂ及び吸気ポート１１のスロート部１１ａを加工する。

シートカッタ３１は、シートリング１５の内周面１６ａ，１６ｂを円錐形状に切削加工
することで、内周面１６ａが燃焼室１２の中央部に向かって傾斜するように加工されると
共に、内周面１６ｂが燃焼室１２の外周部に向かって屈曲角度θに拡開するように加工さ
れる。また、スロートカッタ３２は、シートリング１５の内周面１６ａ，１６ｂとスロー
ト部１ａ，１６ｂの境界部分が滑らかに連続するように切削加工することで、内周面１６
ｂが所定の曲率半径Ｒ３に加工され、この曲率半径Ｒ３は複数のテーパ加工によって近似
的な曲面として形成される。

ここで、本実施例の内燃機関の吸気ポート構造の作用について説明する。図１に示すよ
うに、吸気バルブ１４が開弁すると、ピストンの下降動作によって燃焼室１２に負圧が生
じ、吸入空気が吸気ポート１１を通り、バルブシート１５を介して燃焼室１２内に導入さ
れる。

本実施例では、吸気ポート１１を四角断面形状とすると共に、円形断面形状をなすスロ
ート部１１ａと滑らかに連続させている。そのため、ポート上ラインとポート下ラインの
位置を変更することなく、流路断面積を大きく確保することができ、吸気ポート１１の上
面部２１近傍を流れる吸気流は、スムースに燃焼室１２に流入することとなり、強いタン
ブルを低下させることなく、所定流量を確保することができる。

また、四角断面形状をなす吸気ポート１１は、下面部２２側の曲率半径Ｒ２を大きく形
成し、円形断面形状をなすスロート部１１ａに滑らかに接続させると共に、シートリング
１５の内周面１６ｂを所定の屈曲角度θで、且つ、曲率半径Ｒ３で形成している。そのた
め、吸気ポート１１の下面部２２とスロート部１１ａとの接続部にしわが発生することは
なく、吸気ポート１１の下面部２２近傍を流れる吸気流は、その壁面から剥離せずにスム
ースに燃焼室１２に流入することとなり、流量を増加することができる。

本実施例の吸気ポート構造にあっては、吸気ポート１１の四角断面形状及び斜めスロー
トにより高タンブル化及び高流量係数を両立して高効率な吸気ポート構造を実現できる。
即ち、図４のグラフに示すように、小さい黒丸は、従来の円形断面形状を有する吸気ポー
トにて、ポート角度、ポート径、ポート高さなどを変えてタンブル比と流量を測定したデ
ータであり、タンブル比が高くなると流量が低下する傾向を表している。この場合、従来
は、タンブル比と流量が中間位置で両立（大きい黒丸）する吸気ポート構造を採用してい
る。一方、本実施例の吸気ポート構造では、従来の吸気ポート構造と比べてタンブル成分
のエネルギーロスが少なくなると共に、吸気の流れの剥離を抑制できるため、図４にて白
丸で示すように、高タンブル流と高流量とを両立することができ、高効率な吸気ポートを
実現できる。

このように実施例１の内燃機関の吸気ポート構造にあっては、吸気ポート１１の上流部
を平行な２面を有する略四角断面形状とする一方、燃焼室１２へのスロート部１１ａを円
形断面形状とし、吸気ポート１１の上流部とスロート部１１ａとを滑らかな面により連続
させている。

従って、略四角断面形状を有する吸気ポート１１により所定の大きさの流路断面積を確
保することができる。これにより、吸気ポート１１の上面部２１の近傍を流れる吸気流は
スロート部１１ａを通して燃焼室１２に流入することとなり、強いタンブル流を形成する
ことができる。また、吸気ポート１１の下面部２２の近傍を流れる吸気流はスロート部１
１ａを通して燃焼室１２に流入することとなり、この壁面の屈曲角度θを大きくすること
で、吸気流の剥離を抑制して吸気流量を増加させることができる。

燃焼室１２へ導入する吸気流量を低下させることなくタンブル流を強くすることができ
、燃焼室１２での燃料と空気のミキシングが良くなり、混合気の燃焼を促進して燃焼効率
を高めることができる。そして、この燃焼効率の向上により低中速トルクを向上すること
ができ、内燃機関の出力を向上することができる。

また、吸気ポート１１における上面部２１と下面部２２、左右側面部２３，２４をそれ
ぞれ平行とし、上面部２１と左右側面部２３，２４とを左右上曲面部２５，２６により連
続させ、下面部２２と左右側面部２３，２４とを左右下曲面部２７，２８により連続させ
、上曲面部２５，２６の曲率半径Ｒを下曲面部２７，２８の曲率半径Ｒ２よりも小さく設
定している。

従って、吸気ポート１１の上面部２１側では、平面領域を多く確保することで、吸気流
量を増加させてタンブルを効率よく高めることができ、下面部２２側では、円形断面形状
のスロート部１１ａと容易に段差なく滑らかに連続させることができ、吸気流量を増加さ
せて燃焼を改善することができる。

更に、吸気ポート１１のスロート部１１ａからシートリング１５にかけて、燃焼室１２側から吸気バルブ１４の中心線Ｃ３に沿ってシートカッタ３１により加工する共に、吸気バルブ１４の中心線Ｃ２に対して吸気ポート１１の中心線Ｃ１側に所定角度α傾斜させた軸線Ｃ４に沿ってスロートカッタ３２により加工している。従って、シートリング１５の内周面１６ｂをなるべく大きな曲率半径Ｒ３で形成することができ、吸気ポート１１の下面部２２近傍を流れる吸気流は、その壁面から剥離せずにスムースに燃焼室１２に流入することとなり、流量を増加することができる。

図５は、本発明の実施例２に係る内燃機関のポート構造を排気ポートに適用した概略断
面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の
符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２では、本発明の内燃機関のポート構造を排気ポートに適用して説明する。実施
例２の内燃機関の排気ポート構造において、図５に示すように、排気ポート４１は、その
中心線Ｃ５が燃焼室１２の中心線Ｃ２に対して所定角度傾斜するように設けられている。
そして、排気バルブ４２は、排気ポート４１の中心線Ｃ５に対して所定の角度をもった中
心線Ｃ６に沿って軸方向移動自在に支持されおり、排気ポート４１の燃焼室１２に臨む端
縁部には、排気バルブ４２が離着座するシートリング４３が圧入されている。

この排気ポート４１は、その上流部が略四角断面形状をなしており、上面部５１と下面
部５２の２面が平行をなすと共に、左側面部５３と右側面部５４の２面が平行をなしてい
る。そして、上面部５１と左右側面部５３，５４が左右上曲面部５５，５６により連続さ
れると共に、下面部５２と左右側面部５３，５４が左右下曲面部５７，５８により連続さ
れている。この場合、上曲面部５５，５６の曲率半径は下曲面部５７，５８の曲率半径よ
りも小さく設定されている。

一方、排気ポート４１は、その下流部、つまりスロート部４１ａが略円形断面形状をな
している。そして、排気ポート４１はその上流部から下流部のスロート部４１ａにかけて
、四角断面形状を円形断面形状に徐々に変化させ、断面形状が滑らかなに移行するように
両者が連続している。

また、シートリング４３は、燃焼室１２の中央部に近い領域の内周面４４ａが排気ポー
ト４１の流路に沿って傾斜すると共に、燃焼室１２の外周部に近い領域の内周面４４ｂが
燃焼室１２に向かって拡開するように形成されている。即ち、この排気ポート４１のスロ
ート部４１ａは、前述した吸気ポート１１のスロート部１１ａと同様に、シートカッタ及
びスロートカッタにより切削加工される。

従って、排気バルブ４２が開弁すると、ピストンの上昇動作によって燃焼室１２内の燃
焼ガスがバルブシート４３を介して排気ポート４１に排出される。本実施例では、排気ポ
ート４１のスロート部４１ａにて内側の曲率半径Ｒ５が大きく設定されているため、燃焼
室１２から排気ポート４１の下面部５２に流れる排気流は、スムースに燃焼室１２から排
出されることと排気流量を増大させることができる。

このように実施例２の内燃機関の排気ポート構造にあっては、排気ポート４１の上流部
を平行な２面を有する略四角断面形状とする一方、燃焼室１２から続くスロート部４１ａ
を円形断面形状とし、排気ポート４１の上流部とスロート部４１ａとを滑らかな面により
連続させている。従って、略四角断面形状を有する排気ポート４１により所定の大きさの
流路断面積を確保することができると共に、スロート部４１ａの曲率半径Ｒ５を大きく設
定することができ、排気流の剥離を抑制して吸気流量を増加させることができる。

図６は、本発明の実施例３に係る内燃機関のポート構造を吸気ポートに適用した平面図
、図７は、図６のVII−VII断面図、図８は、図６のVIII−VIII断面図である。

実施例３では、本発明の内燃機関のポート構造を分岐型の吸気ポートに適用して説明す
る。実施例３の内燃機関の吸気ポート構造において、図６乃至図８に示すように、吸気ポ
ート６１は分岐型、所謂、サイアミーズタイプのポート形状であって、１つの入口部６２
に対して集合部６３が形成され、集合部６３の途中から２つに分かれて分岐部６４ａ，６
４ｂが形成され、各分岐部６４ａ，６４ｂに２つのスロート部６５ａ，６５ｂが形成され
ている。そして、この吸気ポート６１は、その中心線Ｃ１が燃焼室６６の中心線Ｃ２に対
して所定角度傾斜するようにシリンダヘッド６７に設けられている。分岐部６４ａ，６４
ｂに設けられた吸気バルブ６８は、吸気ポート６１の中心線Ｃ１に対して所定の角度をも
った中心線Ｃ３に沿って軸方向移動自在に支持されている。そして、吸気ポート６１にお
ける各分岐部６４ａ，６４ｂの燃焼室１２に臨む端縁部には、各吸気バルブ６８が離着座
する環状のシートリング６９が圧入されている。

また、吸気ポート６１は、集合部６３及び分岐部６４ａ，６４ｂが略四角断面（長方形
断面）形状をなしている。即ち、この吸気ポート１１の断面形状にて、集合部６３は２つ
の四角断面が対向する辺で一体に連続した形状であり、分岐部６４ａ，６４ｂは集合部６
３の各四角断面が独立して分岐した形状となっている。その各四角断面形状は、上面部７
１ａ，７１ｂと下面部７２ａ，７２ｂとの２面が平行をなすと共に、左側面部７３ａ，７
３ｂと右側面部７４ａ，７４ｂとの２面が平行をなしている。そして、上面部７１ａ，７
１ｂの両端部と左右側面部７３ａ，７３ｂ，７４ａ，７４ｂの各上端部とが左右上曲面部
７５ａ，７５ｂ，７６ａ，７６ｂにより連続されると共に、下面部７２ａ，７２ｂの両端
部と左右側面部７３ａ，７３ｂ，７４ａ，７４ｂの各下端部とが左右下曲面部７７ａ，７
７ｂ，７８ａ，７８ｂにより連続されている。この場合、上曲面部７５ａ，７５ｂ，７６
ａ，７６ｂの曲率半径Ｒ１は下曲面部７７ａ，７７ｂ，７８ａ，７８ｂの曲率半径Ｒ２よ
りも小さく設定されている。

そして、吸気ポート６１は、スロート部６５ａ，６５ｂが略円形断面形状をなしており
、分岐部６４ａ，６４ｂからスロート部６５ａ，６５ｂにかけて、四角断面形状を円形断
面形状に徐々に変化させ、断面形状が滑らかなに移行するように両者が連続している。こ
の場合、吸気ポート６１は、上面部７１ａ，７１ｂ側の曲率半径Ｒ１よりも、下面部７２
ａ，７２ｂ側の曲率半径Ｒ２の方が大きく設定されているため、四角断面から円形断面へ
の変更は容易であり、吸気ポート６１は、分岐部６４ａ，６４ｂからスロート部６５ａ，
６５ｂにかけて滑らかな面で連続させることができる。

一方、シートリング６９は、燃焼室６６の中央部に近い領域の内周面７０ａが吸気ポー
ト６１の流路に沿って傾斜すると共に、燃焼室６６の外周部に近い領域の内周面７０ｂが
燃焼室６６に向かって拡開するように形成されている。即ち、この吸気ポート６１のスロ
ート部６５ａ，６５ｂ及びシートリング６９は、前述した実施例１と同様に、その内周面
７０ａ，７０ｂが複数のテーパ加工によって近似的な曲面として形成されている。

このように実施例３の内燃機関の吸気ポート構造にあっては、吸気ポート６１を、集合
部６３の途中から２つに分かれた分岐部６４ａ，６４ｂを有するものとし、分岐部６４ａ
，６４ｂを平行な２面を有する略四角断面形状とする一方、スロート部６５ａ，６５ｂを
円形断面形状とし、両者を滑らかな面により連続させている。

従って、略四角断面形状を有する吸気ポート６１により所定の大きさの流路断面積を確
保することができる。これにより、吸気ポート６１の上面部７１ａ，７１ｂの近傍を流れ
る吸気流はスロート部６５ａ，６５ｂを通して燃焼室６６に流入することとなり、強いタ
ンブル流を形成することができる。また、吸気ポート６１の下面部７２ａ，７２ｂの近傍
を流れる吸気流はスロート部６５ａ，６５ｂを通して燃焼室１２に流入することとなり、
この壁面７０ｂの屈曲角度θを大きくすることで、吸気流の剥離を抑制して吸気流量を増
加させることができる。その結果、燃焼室６６へ導入する吸気流量を低下させることなく
タンブル流を強くすることができ、燃焼室６６での燃料と空気のミキシングが良くなり、
混合気の燃焼を促進して燃焼効率を高めることができる。そして、この燃焼効率の向上に
より低中速トルクを向上することができ、内燃機関の出力を向上することができる。

なお、上述した各実施例において、各ポート１１，４１，６１の上流部を略四角断面形
状とし、上面部２１，５１，７１ａ，７１ｂと下面部２２，５２，７２ａ，７２ｂを平行
とすると共に、左側面部２３，５３，７３ａ，７３ｂと右側面部２４，５４，７４ａ，７
４ｂを平行としたが、少なくとも左側面部２３、５３，７３ａ，７３ｂと右側面部２４，
５４，７４ａ，７４ｂの２面が平行であればよく、上下面部２１，２２，５１，５２７１
ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂは平行でなくても良い。

また、上述した各実施例で説明した内燃機関の吸気ポート構造及び排気ポート構造は、
内燃機関の形態に左右されるものではなく、実施例１、２のように、２バルブエンジンの
分岐なしの各ポートに適用してもよく、実施例３のように、４バルブエンジンの二股に分
岐した吸気ポート及び排気ポートに適用しても良い。また、燃料を吸気ポートに噴射する
ポート噴射エンジンや、燃料を直接燃焼室に噴射する筒内噴射エンジンに適用してもよい
。

また、吸気ポート１１及び排気ポート４１の製造方法において、第１の工程で、シート
カッタ３１によりシートリング１５の内周面１６ａ，１６ｂを加工し、第２の工程で、ス
ロートカッタ３２によりシートリング１５の内周面１６ａ，１６ｂ及び吸気ポート１１の
スロート部１１ａを加工するようにしたが、第１の工程と第２の工程の順番を逆にして加
工することも可能であり、同様の効果を奏することができる。

以上のように、この発明に係る内燃機関のポート構造は、略四角断面形状から円形断面
形状に滑らかな面により連続させるようにしたものであり、吸気ポート及び排気ポートに
適用することができる。

本発明の実施例１に係る内燃機関のポート構造を吸気ポートに適用した概略断面図である。実施例１の吸気ポートを表す概略図である。実施例１の吸気ポートの加工方法を表す断面図である。実施例１の吸気ポートにおけるタンブル比と流量の関係を表すグラフである。本発明の実施例２に係る内燃機関のポート構造を排気ポートに適用した概略断面図である。本発明の実施例３に係る内燃機関のポート構造を吸気ポートに適用した平面図である。図６のVII−VII断面図である。図６のVIII−VIII断面図である。一般的な内燃機関の吸気ポート構造を表す概略図である。内燃機関の吸気ポート構造の設計思想を表す概略図である。内燃機関の吸気ポート構造の設計思想を表す概略図である。内燃機関の吸気ポート構造の設計思想を表す概略図である。内燃機関の吸気ポート構造の設計思想を表す概略図である。従来の内燃機関の吸気ポート構造を表す概略図である。

符号の説明

１１吸気ポート
１１ａスロート部
１２燃焼室
１３シリンダヘッド
１４吸気バルブ
１５シートリング
１６ａ，１６ｂ内周面
２１上面部
２２下面部
２３左側面部
２４右側面部
２５，２６上曲面部
２７，２８下曲面部
３１シートカッタ
３２スロートカッタ
４１排気ポート
４２排気バルブ
４３シートリング
６１吸気ポート
６３集合部
６４ａ，６４ｂ分岐部
６５ａ，６５ｂスロート部
６６燃焼室
６７シリンダヘッド
６８吸気バルブ
６９シートリング
７０ａ，７０ｂ内周面
７１ａ，７１ｂ上面部
７２ａ，７２ｂ下面部
７３ａ，７４ｂ左側面部
７４ａ，７４ｂ右側面部
７５ａ，７５ｂ，７６ａ，７６ｂ上曲面部
７７ａ，７７ｂ，７８ａ，７８ｂ下曲面部

Claims

燃焼室に開閉バルブを介して連通可能な内燃機関のポート構造において、上面部及び下面部と左右側面部を有する略四角断面形状とし、前記上面部と前記下面部との距離としての高さより前記左側面部と前記右側面部との距離としての幅が大きく設定される一方、燃焼室へのスロート部を円形断面形状とし、前記ポートの前記上面部と前記スロート部とを前記ポートの上面部近傍を流れる気流がスムースに燃焼室に流入するように滑らかな面により連続させ、
前記ポートは、上面部及び下面部と左右側面部とを有し、少なくとも前記左右側面部の２面が平行をなし、前記上面部と左右側面部とが左右上曲面部により連続されると共に、下面部と前記左右側面部とが左右下曲面部により連続され、前記上曲面部の曲率半径は前記下曲面部の曲率半径よりも小さく設定されたことを特徴とする内燃機関のポート構造。
請求項１記載の内燃機関のポート構造において、前記ポートは、吸気バルブの開放時に吸気流を燃焼室に導入してタンブル流を形成する吸気ポートであることを特徴とする内燃機関のポート構造。
請求項１または２記載の内燃機関のポート構造において、前記ポートと前記スロート部とは、前記幅が同じに形成されたことを特徴とする内燃機関のポート構造。