JP6327180B2

JP6327180B2 - 内燃機関

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Publication number: JP6327180B2
Application number: JP2015050082A
Authority: JP
Inventors: 阿部　和佳; 和佳阿部; 泰司葭原
Original assignee: Toyota Motor Corp
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Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2018-05-23
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Description

本発明は内燃機関に関する。

従来、内燃機関の気筒内において、該気筒の軸方向の旋回流である所謂タンブル流を形成する技術が知られている。気筒内においてタンブル流が形成されると、吸気と燃料との混合が促進されるため、内燃機関における燃焼性を向上させることができる。

また、特許文献１には、気筒内にタンブル流が形成される内燃機関において、吸気ポートを、気筒の中心側の領域である気筒中心側吸気ポート領域（吸気ポートおよび気筒を側面視した場合の吸気ポートにおける上方側の領域）と、気筒中心側吸気ポート領域以外の領域である気筒外周側吸気ポート領域（吸気ポートおよび気筒を側面視した場合の吸気ポートにおける下方側の領域）とに分けた場合に、該吸気ポートの燃焼室開口部の近傍において、気筒外周側吸気ポート領域のポート半径を徐々に変化させた構成が開示されている。より具体的には、吸気ポートの気筒外周側吸気ポート領域に、吸気ポート拡幅部と吸気調整部とが形成されている。吸気ポート拡幅部では、吸気ポートの燃焼室開口部の近傍において気筒外周側吸気ポート領域のポート半径が、上流から燃焼室開口部の直上流の部位に近づくに従い増加している。一方、吸気調整部は、吸気ポート拡幅部の下流側であって燃焼室開口部に至るまでの間の部位である。そして、吸気調整部では、気筒外周側吸気ポート領域のポート半径が、上流から燃焼室開口部に近づくに従い減少している。この吸気調整部によって、吸気の一部の流れが吸気ポートの中心方向に導かれている。

また、特許文献２および３においても、気筒内にタンブル流が形成される内燃機関における吸気ポートの構成に関する発明が開示されている。

特開２００５−０６１３６８号公報特開２０１０−１８５４０８号公報特開２００４−１４４０７１号公報

本発明は、気筒内にタンブル流が形成される内燃機関において、タンブル流の強化を図ることを目的とする。

本発明に係る内燃機関は、吸気ポートが開口している吸気ポート側天井面および排気ポートが開口している排気ポート側天井面が、気筒の中心軸と垂直に交わる平面に対して傾斜しているペントルーフ型燃焼室を有し、気筒内において、排気ポート側のボア壁面付近では前記排気ポート側天井面からピストン頂面に向かう方向にガスが流れ、且つ、吸気ポート側のボア壁面付近ではピストン頂面から前記吸気ポート側天井面に向かう方向にガスが流れるタンブル流が形成される内燃機関において、前記吸気ポートにおける燃焼室への開口部近傍の所定領域では、該吸気ポートの上方壁面が、側面視において、前記吸気ポート側天井面に対して該吸気ポート側天井面の法線方向よりも下方に傾斜しつつ略直線状に延びており、且つ、前記吸気ポートにおける前記所定領域内の一部の領域では、上面視において、該吸気ポートの左右両側の側方壁面間の距離が下流にいくにしたがって徐々に大
きくなっている。

なお、本明細書においては、シリンダブロックに対するシリンダヘッド側を上方、シリンダヘッドに対するシリンダブロック側を下方と定義する。また、本明細書においては、吸気ポートの軸方向と垂直に交わり且つ気筒の径方向に平行な方向を横方向と定義する。また、本明細書においては、吸気ポートの壁面における該吸気ポートの中心軸の真上に位置する部分を含み、吸気ポートの壁面において相対的に上方に位置する部分を、「上方壁面」と称する。また、吸気ポートの壁面における該吸気ポートの中心軸の真横に位置する部分を含み、吸気ポートの壁面において相対的に側方に位置する部分を、「側方壁面」と称する。

本発明においては、吸気ポートにおける燃焼室への開口部近傍の所定領域では、上方壁面が、側面視において、吸気ポート側天井面に対して該吸気ポート側天井面の法線方向よりも下方に傾斜しつつ略直線状に延びている。これにより、吸気ポートの燃焼室への開口部近傍において該吸気ポートの上方壁面に沿って流れた吸気が気筒内に流入すると、該気筒内の上方部分において吸気が排気ポート側に向かって流れ易くなる。そのため、気筒内の上方部分において、排気ポート側に向かって流れる吸気の流速が高くなる。

さらに、本発明では、吸気ポートにおける前記所定領域内の一部の領域では、上面視において、該吸気ポートの左右両側の側方壁面間の距離が下流にいくにしたがって徐々に大きくなっている。これにより、吸気ポートから気筒内に流入した吸気の流れが気筒内の上方部分において横方向に広がり易くなる。例えば、吸気ポートの左右両側の側方壁面間の距離が、下流にいくにしたがって、該気筒の横方向に位置するボア壁面（以下、「側方ボア壁面」と称する場合もある）側に向かって徐々に大きくなっている場合は、該吸気ポートから気筒内に流入した吸気が、該気筒内の上方部分において、側方ボア壁面側に向かって流れ易くなる。この場合、気筒内の上方部分において、側方ボア壁面付近を通って排気ポート側に向かって流れる吸気（以下、「ボア壁面側吸気」と称する場合もある）の流速が高くなる。また、吸気ポートの左右両側の側方壁面間の距離が、下流にいくにしたがって、気筒中央側に向かって徐々に大きくなっている場合は、該吸気ポートから気筒内に流入した吸気が、該気筒内の上方部分において、気筒中央側に向かって流れ易くなる。この場合、気筒内の上方部分において、気筒中央付近を通って排気ポート側に向かって流れる吸気（以下、「気筒中央側吸気」と称する場合もある）の流速が高くなる。

このように、本発明によれば、気筒内における横方向のより広い範囲において、該気筒内の上方部分における排気ポート側に向かって流れる吸気の流速を高めることができる。そして、気筒内の上方部分における排気ポート側に向かって流れる吸気の流速が高くなると、排気ポート側のボア壁面付近における排気ポート側天井面からピストン頂面に向かう方向にガスの流速が高くなる。そのため、気筒内で形成されるタンブル流を強化することができる。

ここで、吸気ポートにおける前記所定領域内の前記一部の領域では、上面視において、該吸気ポートの左右両側の側方壁面のそれぞれと該吸気ポートの中心軸との間の距離が下流にいくにしたがって徐々に大きくなっていてもよい。この場合、吸気ポートの左右両側の側方壁面間の距離が、下流にいくにしたがって、側方ボア壁面側および気筒中央側の両方に向かって徐々に大きくなる。そのため、吸気ポートから気筒内に流入した吸気が、該気筒内の上方部分において、側方ボア壁面側および該気筒の中央側の両方に向かって流れ易くなる。したがって、ボア壁面側吸気および気筒中央側吸気の両方の流速を高めることができる。

さらに、ボア壁面側吸気および気筒中央側吸気の両方の流速が高まると、気筒内の上方
部分において、排気ポート側のボア壁面により近い位置でこれら両方の吸気の流れが互いに衝突することになる。そのため、排気ポート側のボア壁面により近い位置で排気ポート側天井面からピストン頂面に向かう方向にガスの流れが生じることになる。その結果、気筒内で形成されるタンブル流における、吸気ポート側から排気ポート側天井面を経由してピストン頂面に向かうガスの流れがよりボア壁面に沿った流れとなる。つまり、気筒内で形成されるタンブル流の渦の大きさがより大きくなる。したがって、該タンブル流をより強化することができる。

また、吸気ポートの燃焼室への開口部には、吸気弁の閉弁時に該吸気弁の弁体が当接するバルブあたり面が形成されている。本発明においては、吸気ポートにおける前記所定領域は、バルブあたり面の上流側端部から連続して上流に延びている領域であってもよい。そして、前記一部の領域は、前記所定領域内において前記バルブあたり面の上流側端部から連続して上流に延びている領域であってもよい。この場合、前記所定領域および前記一部の領域が可能な限り吸気ポートの開口部の近くに位置することになる。そのため、吸気ポートから気筒内に流入する吸気に対する、上方壁面および側方壁面による上記のようなガイド効果がより大きくなる。したがって、気筒内の上方部分におけるボア壁面側吸気または気筒中央側吸気の流速をより高めることができる。

本発明によれば、気筒内にタンブル流が形成される内燃機関において、タンブル流の強化を図ることができる。

実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。実施例に係る吸気ポートの側面図である。実施例に係る吸気ポートにおける開口部近傍部分の側面図である。実施例に係る吸気ポートにおける開口部近傍部分の上面図である。実施例に係る内燃機関での、側面視における、吸気ポートから気筒内への吸気の流れを模式的に示した図である。実施例に係る内燃機関および実施例とは異なる構成を採用した内燃機関での、上面視における、吸気ポートから気筒内への吸気の流れを模式的に示した図である。図６（ａ）は、実施例とは異なる構成を採用した内燃機関での吸気の流れを示している。図６（ｂ）は、実施例に係る内燃機関での吸気の流れを示している。実施例に係る内燃機関および図６（ａ）に示す構成を採用した内燃機関での、気筒の上方部分における、吸気ポートから該気筒内に吸気が流入した際の吸気の流速の分布を示す図である。図７（ａ）は、図６（ａ）に示す構成を採用した内燃機関での吸気の流速の分布を示している。図７（ｂ）は、実施例に係る内燃機関での吸気の流速の分布を示している。実施例の変形例に係る吸気ポートにおける開口部近傍部分の上面図である。実施例の他の変形例に係る吸気ポートにおける開口部近傍部分の上面図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。内燃機関１は、４つの気筒２を有する車両駆動用のガソリンエンジン（火花点火式内燃機関）である。ただし、本
発明は、ガソリンエンジンに限らず、他のエンジンにも適用することができる。なお、図１には、便宜上、一つの気筒２のみ図示している。

気筒２内にはピストン３が摺動自在に設けられている。気筒２の燃焼室８には、シリンダヘッドに設けられた吸気ポート４および排気ポート５が接続されている。なお、各気筒２には、吸気ポート４および排気ポート５が二つずつ接続されているが、図１には、便宜上、一つの吸気ポート４および排気ポート５のみを図示している。燃焼室８は、吸気ポート４が開口している吸気ポート側天井面８ａおよび排気ポート５が開口している排気ポート側天井面８ｂが、気筒２の中心軸と垂直に交わる平面に対して傾斜しているペントルーフ型燃焼室となっている。

吸気ポート４の燃焼室８への開口部（以下、単に「吸気ポート４の開口部」と称する）は吸気弁６によって開閉される。排気ポート５の燃焼室８への開口部は排気弁７によって開閉される。また、気筒２には、燃焼室８内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１１、及び、燃焼室８内で形成される混合気に点火する点火プラグ１２が設けられている。

図１における矢印は、気筒２内におけるガス（吸気）の流れを表している。この矢印で示すように、本実施では、気筒２内において、該気筒２の軸方向に旋回する旋回流であって、排気ポート側のボア壁面付近では排気ポート側天井面８ｂからピストン３の頂面に向かう方向にガスが流れ、且つ、吸気ポート側のボア壁面付近ではピストン３の頂面から吸気ポート側天井面８ａに向かう方向にガスが流れるタンブル流が形成される。このようなタンブル流が形成されることで、燃料と空気との混合が促進されるため、内燃機関１における燃焼性が向上する。

なお、以下においては、シリンダブロックに対するシリンダヘッド側を上方、シリンダヘッドに対するシリンダブロック側を下方と定義する。また、吸気ポート４の軸方向と垂直に交わり且つ気筒２の径方向に平行な方向（すなわち、燃焼室８の吸気ポート側天井面８ａにおいて二つの吸気ポート４の開口部が並んでいる方向）を横方向と定義する。

［吸気ポートの構成］
以下、本実施例に係る内燃機関の吸気ポートの構成について図２〜４に基づいて説明する。図２は、吸気ポートの側面図である。図３は、吸気ポートにおける開口部近傍部分の側面図である。図４は、吸気ポートにおける開口部近傍部分の上面図である。

図２に示すように、本実施例に係る吸気ポート４は、その開口部近傍から上流に略直線状に延びる形状を有する、所謂ストレートポートである。吸気ポート４の中心軸Ｌ２は、吸気ポート側天井面８ａに対して、該吸気ポート側天井面８ａの法線Ｌ１方向よりも下方に傾斜している。吸気ポート４における開口部近傍には、吸気弁６のステム部６１が挿通されるステムガイド１３が設けられている。また、吸気ポート４の開口部には、吸気弁６の閉弁時に該吸気弁６の弁体６２が当接するバルブあたり面４１が形成されている。なお、バルブあたり面４１は、吸気弁６の閉弁時に該吸気弁６の弁体６２が実際に当接する面を含むように画定されている面であり、吸気ポート４における開口部に環状に形成されている。図３，４においては、斜線部がバルブあたり面４１を示している。また、図３，４においては、４１ａが、バルブあたり面４１の上流側端部を示している。

ここで、吸気ポート４の壁面における該吸気ポート４の中心軸Ｌ２の真上に位置する部分を含み、吸気ポート４の壁面において相対的に上方に位置する壁面を、「上方壁面４２」と称する。また、吸気ポート４の壁面における該吸気ポートの中心軸Ｌ２の真下に位置する部分を含み、吸気ポート４の壁面において相対的に下方に位置する壁面を、「下方壁面４３」と称する。また、吸気ポート４の壁面における該吸気ポート４の中心軸Ｌ２の真
横に位置する部分を含み、吸気ポート４の壁面において相対的に側方に位置する壁面を、「側方壁面４４」と称する。また、吸気ポート４４の左右両側の側方壁面４４のうち、横方向において、気筒２の外側に位置する方の側方壁面を「外側壁面４４ａ」と称し、気筒２の中央側に位置する方の側方壁面を「中央側壁面４４ｂ」と称する場合もある。

図３に示すように、本実施例では、吸気ポート４における、バルブあたり面４１の上流側端部４１ａから連続して上流に延びている第１所定領域Ｅ１においては、該吸気ポート４の上方壁面４２が、側面視において、吸気ポート側天井面８ａに対して該吸気ポート側天井面８ａの法線Ｌ１方向よりも下方に傾斜しつつ略直線状に延びている。なお、本実施例では、吸気ポート４におけるバルブあたり面４１の上流側端部４１ａからステムガイド１３が設けられている位置までの間の領域を第１所定領域Ｅ１としている。また、第１所定領域Ｅ１よりも上流まで、上方壁面４２が略直線状に延びていてもよい。例えば、吸気ポート４における、バルブあたり面４１の上流側端部４１ａより上流側の全領域において、上方壁面４２が略直線状に延びていてもよい。一方、吸気ポート４の下方壁面４３は、バルブあたり面４１の上流側端部４１ａから所定位置Ｐｘまでせり上がるように形成されており、且つ、該所定位置Ｐｘからは、上方壁面４２と同様、吸気ポート側天井面８ａに対して排気ポート側とは反対方向に傾斜しつつ略直線状に延びている。

ここで、吸気ポート４における第１所定領域Ｅ１内の一部の領域であってバルブあたり面４１の上流側端部４１ａから連続して上流に延びている領域を第２所定領域Ｅ２とする。そして、本実施例では、図４に示すように、この吸気ポート４の第２所定領域Ｅ２における側方壁面４４に、上面視において、該吸気ポート４の中心軸Ｌ２に対して該側方壁面４４が傾斜している傾斜部Ｓが形成されている。外側壁面４４ａの傾斜部Ｓでは、吸気ポート４の中心軸Ｌ２に対して該外側壁面４４ａが上流から下流に向かって気筒２の外側に傾斜している。一方、中央側壁面４４ｂの傾斜部Ｓでは、吸気ポート４の中心軸Ｌ２に対して該中央側壁面４４ｂが上流から下流に向かって気筒２の中央側に傾斜している。つまり、吸気ポート４の第２所定領域Ｅ２では、上面視において、該吸気ポート４の左右両側の側方壁面４４（すなわち、外側壁面４４ａおよび中央側壁面４４ｂ）のそれぞれと該吸気ポート４の中心軸Ｌ２との間の距離が下流にいくにしたがって徐々に大きくなっている。これにより、吸気ポート４の第２所定領域Ｅ２では、上面視において、該吸気ポート４の左右両側の側方壁面４４間の距離が下流にいくにしたがって徐々に大きくなっている。

なお、図４に示すように、本実施例では、外側壁面４４ａおよび中央側壁面４４ｂの傾斜部Ｓは、いずれも、上面視において略直線状となるように形成されている。しかしながら、外側壁面４４ａおよび中央側壁面４４ｂの傾斜部Ｓは、上面視において湾曲状となるように形成されていてもよい。

[本実施例に係る吸気ポートの構成の効果]
次に、本実施例に係る吸気ポートの構成の効果について説明する。図５は、本実施例に係る内燃機関での、側面視における、吸気ポートから気筒内への吸気の流れを模式的に示した図である。この図５は、吸気弁６が開弁している状態を示している。なお、図５は、吸気弁６のステム部の中心軸を含む平面よりも気筒２の外側方向にずれた位置の縦断面を示している。そのため、吸気弁６については弁体のみが図示されており、ステム部は図示されていない。また、図５において、白抜き矢印は、吸気ポート４から気筒２内に流入する吸気の流れを表している。

本実施例では、側面視において、吸気ポート４の上方壁面４２が、吸気ポート４におけるバルブあたり面４１の上流側端部４１ａから連続して、吸気ポート側天井面８ａに対して該吸気ポート側天井面８ａの法線Ｌ１方向よりも下方に傾斜しつつ略直線状に延びている。そして、吸気ポート４の上方壁面４２に沿って上流から流れてきた吸気が気筒２内に
流入する際に、上方壁面４２おける、このように略直線状に形成された部分によってガイドされることになる。そのため、図５に示すように、吸気ポート４から気筒２内に流入した吸気が、該気筒２内の上方部分において排気ポート側に向かって流れ易くなる。その結果、気筒２内の上方部分において、排気ポート側に向かって流れる吸気の流速が高くなる。

また、図６は、本実施例に係る内燃機関および本実施例とは異なる構成を採用した内燃機関での、上面視における、吸気ポートから気筒内への吸気の流れを模式的に示した図である。ここで、図６（ａ）は、本実施例とは異なる構成を採用した内燃機関での吸気の流れを示している。この図６（ａ）に示す構成では、吸気ポートのバルブあたり面から連続して上流に延びている領域において左右両側の側方壁面が互いに略平行に延びている（つまり、吸気ポートの側方壁面に傾斜部Ｓが設けられていない）。また、図６（ｂ）は、本実施例に係る内燃機関での吸気の流れを示している。なお、図６（ａ），（ｂ）において、矢印は、吸気ポートから気筒内に流入する吸気の流れを表している。また、各矢印の長さは吸気の流量を表している。

図６（ａ）に示すように、吸気ポートの開口部近傍において、該吸気ポートの左右両側の側方壁面が互いに略平行に延びている場合、吸気ポートから気筒内に流入した吸気の流れが気筒内の上方部分において横方向には広がり難い。そのため、吸気ポートから気筒内に流入した吸気が、気筒の横方向に位置するボア壁面（側方ボア壁面）側や気筒中央側に向かっては流れ難い。これに対し、本実施例では、上述したように、吸気ポート４におけるバルブあたり面４１の上流側端部４１ａから連続して上流に延びている第２所定領域Ｅ２において、該吸気ポート４の外側壁面４４ａおよび中央側壁面４４ｂに傾斜部Ｓが形成されており、これによって、吸気ポート４の左右両側の側方壁面４４間の距離（外側壁面４４ａと中央側壁面４４ｂとの距離）が、下流にいくにしたがって、側方ボア壁面側および気筒中央側の両方に向かって徐々に大きくなっている。そのため、図６（ｂ）に示すように、吸気ポート４から気筒２内に流入した吸気の流れが気筒２内の上方部分において横方向に広がり易い。つまり、吸気ポート４から気筒２内に流入した吸気が、側方ボア壁面側および気筒中央側に向かって流れ易い。そのため、気筒２の上方部分において、側方ボア壁面付近を通って排気ポート側に向かって流れる吸気（ボア壁面側吸気）および気筒中央付近を通って排気ポート側に向かって流れる吸気（気筒中央側吸気）の流速が高くなる。

図７は、本実施例に係る内燃機関および図６（ａ）に示す構成を採用した内燃機関での、気筒の上方部分における、吸気ポートから該気筒内に吸気が流入した際の吸気の流速の分布を示す図である。図７（ａ）は、図６（ａ）に示す構成を採用した内燃機関での吸気の流速の分布を示している。図７（ｂ）は、本実施例に係る内燃機関での吸気の流速の分布を示している。図７（ａ），（ｂ）においては、吸気の流速の分布を模様１〜８で表しており、模様１から模様８の順に吸気の流速は低くなっている（即ち、模様１で示す位置の吸気の流速が最も高く、模様８で示す位置の吸気の流速が最も低い）。

図７（ａ）と図７（ｂ）とを比較すると、図７（ｂ）では、吸気ポートの開口部から側方ボア壁面側に向かって流れる吸気の流速および吸気ポートの開口部から気筒中央側に向かって流れる吸気の流速（図７（ａ），（ｂ）において楕円で囲んだ部分の流速）が、図７（ａ）に比べて高くなっていることがわかる。これは、本実施例に係る内燃機関では、図６（ａ）に示す構成を採用した内燃機関に比べて、吸気ポートから気筒内に流入した吸気が、該気筒内の上方部分において、側方ボア壁面側および気筒中央側に向かって流れ易くなっていることを示している。さらに、図７（ａ）と図７（ｂ）とを比較すると、図７（ｂ）では、側方ボア壁面付近および気筒中央付近における比較的高い流速を示す模様の範囲が、図７（ａ）に比べてより排気ポート側に広がっていることがわかる。これは、本実施例に係る内燃機関では、該気筒内の上方部分において、ボア壁面側吸気の流速および気筒中央側吸気の流速が図６（ａ）に示す構成を採用した内燃機関に比べて大きくなっていることを示している。

このように、本実施例によれば、気筒２内における横方向のより広い範囲において、該気筒２内の上方部分における排気ポート側に向かって流れる吸気の流速を高めることができる。そして、気筒２内の上方部分における排気ポート側に向かって流れる吸気の流速が高くなると、排気ポート側のボア壁面付近における排気ポート側天井面からピストン頂面に向かう方向にガスの流速が高くなる。つまり、本実施例に係る吸気ポートの構成によれば、吸気ポート４から気筒２内に流入する吸気の流れが、該気筒２内におけるタンブル流の形成により効果的に寄与することとなる。そのため、気筒２内で形成されるタンブル流を強化することができる。

なお、本実施例に係る内燃機関においては、上記のように、吸気ポート４の第２所定領域Ｅ２における左右両側の側方壁面４４（外側壁面４４ａおよび中央側壁面４４ｂ）の両方に傾斜部Ｓが形成されている構成を採用した。しかしながら、吸気ポート４の第２所定領域Ｅ２における外側壁面４４ａまたは中央側壁面４４ｂのいずれか一方に傾斜部Ｓが形成された構成を採用することもできる。

例えば、図８に示すように、吸気ポート４の第２所定領域Ｅ２において、外側壁面４４ａにのみ傾斜部Ｓが形成され、中央側壁面４４ｂは吸気ポート４の中心軸Ｌ２と略平行に延びている構成を採用してもよい。この場合でも、吸気ポート４の第２所定領域Ｅ２において、該吸気ポート４の左右両側の側方壁面４４間の距離は、下流にいくにしたがって、側方ボア壁面側に向かって徐々に大きくなる。そのため、吸気ポート４から気筒２内に流入した吸気が、該気筒２内の上方部分において、側方ボア壁面側に向かって流れ易くなる。したがって、気筒２内の上方部分において、ボア壁面側吸気の流速を高めることができる。その結果、側方ボア壁面付近で形成されるタンブル流を強化することができる。

また、図９に示すように、吸気ポート４の第２所定領域Ｅ２において、中央側壁面４４ｂにのみ傾斜部Ｓが形成され、外側壁面４４ａは吸気ポート４の中心軸Ｌ２と略平行に延びている構成を採用してもよい。この場合でも、吸気ポート４の第２所定領域Ｅ２において、該吸気ポート４の左右両側の側方壁面４４間の距離は、下流にいくにしたがって、気筒中央側に向かって徐々に大きくなる。そのため、吸気ポート４から気筒２内に流入した吸気が、該気筒２内の上方部分において、気筒中央側に向かって流れ易くなる。したがって、気筒２内の上方部分において、気筒中央側吸気の流速を高めることができる。その結果、気筒中央付近で形成されるタンブル流を強化することができる。

ただし、吸気ポート４の第２所定領域Ｅ２における左右両側の側方壁面４４の両方に傾斜部Ｓが形成されている構成を採用した場合、上述したように、気筒２内の上方部分において、ボア壁面側吸気の流速および気筒中央側吸気の流速の両方を高めることができる。このようにボア壁面側吸気および気筒中央側吸気の両方の流速が高まると、これら両方の吸気の流れが排気ポート側のボア壁面にまで到達し易くなる。そして、ボア壁面側吸気および気筒中央側吸気の両方が排気ポート側のボア壁面にまで到達すると、これら両方の吸気が該排気ポート側のボア壁面に沿って流れることになる。この場合、気筒２内の上方部分において、排気ポート側のボア壁面により近い位置でこれら両方の吸気の流れが互いに衝突することになる。そのため、排気ポート側のボア壁面により近い位置で排気ポート側天井面からピストン頂面に向かう方向にガスの流れが生じることになる。その結果、気筒２内で形成されるタンブル流における、吸気ポート側から排気ポート側天井面８ｂを経由してピストン３の頂面に向かうガスの流れがよりボア壁面に沿った流れとなる。つまり、気筒２内で形成されるタンブル流の渦の大きさがより大きくなる。これにより、該タンブ
ル流をより強化することができる。

また、本実施例に係る内燃機関においては、上記のように、吸気ポート４における第１所定領域Ｅ１および第２所定領域Ｅ２が、いずれも、バルブあたり面４１の上流側端部４１ａから連続して上流に延びている領域である構成を採用した。つまり、吸気ポート４の構成を、上方壁面４２がバルブあたり面４１の上流側端部４１ａから連続して上流に略直線状に延びており、且つ、側方壁面４４における傾斜部Ｓもバルブあたり面４１の上流側端部４１ａから連続して形成されている構成とした。しかしながら、第１所定領域Ｅ１および第２所定領域Ｅ２は、必ずしも、バルブあたり面４１の上流側端部４１ａから連続している領域である必要はない。第１所定領域Ｅ１および第２所定領域Ｅ２がバルブあたり面４１の上流側端部４１ａと接していなくても、第１所定領域Ｅ１が吸気ポート４の開口部近傍の領域であり、且つ、第２所定領域Ｅ２が該第１所定領域Ｅ１内の領域であれば、上述したような、上方壁面４２の略直線状に延びている部分および側方壁面４４における傾斜部Ｓによる吸気の流れをガイドする効果を得ることができる。つまり、吸気ポート４の開口部近傍において、該吸気ポート４の上方壁面４２が、吸気ポート側天井面８ａに対して該吸気ポート側天井面８ａの法線Ｌ１方向よりも下方に傾斜しつつ略直線状に延びており、且つ、上方壁面４２がこのように略直線状に延びている領域の一部において該吸気ポート４の側方壁面４４に傾斜部Ｓが形成されていれば、上述したようなタンブル流の強化という効果を得ることができる。

ただし、上記のように、吸気ポート４の構成を、上方壁面４２がバルブあたり面４１の上流側端部４１ａから連続して上流に略直線状に延びており、且つ、側方壁面４４における傾斜部Ｓもバルブあたり面４１の上流側端部４１ａから連続して形成されている構成とすることで、吸気ポート４から気筒２内に流入する吸気に対する、上方壁面４２および側方壁面４４による上記のようなガイド効果を可能な限り大きくすることができる。したがって、吸気ポート４から気筒２内に流入した吸気が、該気筒２内の上方部分において、より排気ポート側に向かって流れ易くなる。また、吸気ポート４から気筒２内に流入した吸気の流れが、気筒２内の上方部分において横方向により広がり易くなる。そのため、気筒２内の上方部分において、ボア壁面側吸気または気筒中央側吸気の流速をより高めることができる。したがって、タンブル流の強化という効果を可及的に大きくすることができる。

なお、従来、吸気ポートの開口部には、シリンダヘッドを構成する部材よりも耐摩耗性の高い部材で構成された環状のバルブシートがはめ込まれている。そして、バルブあたり面は該バルブシートの内周面に形成されている。しかしながら、バルブシートは加工上の自由度が比較的低い。そのため、バルブシートを採用した場合、吸気ポートにおけるバルブあたり面の上流側端面から連続して上流に延びている上方壁面および側方壁面を、本実施例に係る形状に加工することが困難な場合がある。そのため、本実施例に係る吸気ポートには、その開口部に従来のはめ込み式のバルブシートを設けずに、シリンダヘッドにおける吸気ポートの開口部が形成される部分にレーザによって合金の粉末を溶着させる、所謂レーザクラッドバルブシートを採用することが好ましい。このレーザクラッドバルブシートを採用することで、吸気ポートにおけるバルブあたり面の上流側端面から連続して上流に延びている部分の加工上の自由度が高くなる。そのため、本実施例に係る吸気ポートの構成を実現することが可能となる。ただし、本発明においては、吸気ポートの当該構成を実現するための方法は、レーザクラッドバルブシートに限られるものではない。

１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・ピストン
４・・・吸気ポート
４１・・バルブあたり面
４２・・上方壁面
４３・・下方壁面
４４・・側方壁面
４４ａ・・外側壁面
４４ｂ・・中央側壁面
５・・・排気ポート
６・・・吸気弁
６１・・ステム部
６２・・弁体
７・・・排気弁
８・・・燃焼室
８ａ・・吸気ポート側天井面
８ｂ・・排気ポート側天井面

Claims

吸気ポートが開口している吸気ポート側天井面および排気ポートが開口している排気ポート側天井面が、気筒の中心軸と垂直に交わる平面に対して傾斜しているペントルーフ型燃焼室を有し、
気筒内において、排気ポート側のボア壁面付近では前記排気ポート側天井面からピストン頂面に向かう方向にガスが流れ、且つ、吸気ポート側のボア壁面付近ではピストン頂面から前記吸気ポート側天井面に向かう方向にガスが流れるタンブル流が形成される内燃機関において、
前記吸気ポートにおける燃焼室への開口部近傍の所定領域では、該吸気ポートの上方壁面が、側面視において、前記吸気ポート側天井面に対して該吸気ポート側天井面の法線方向よりも下方に傾斜しつつ略直線状に延びており、且つ、
前記吸気ポートにおける前記所定領域内の一部の領域では、上面視において、該吸気ポートの左右両側の側方壁面間の距離が下流にいくにしたがって徐々に大きくなっている内燃機関。
前記吸気ポートにおける前記所定領域内の一部の領域では、上面視において、該吸気ポートの左右両側の側方壁面の少なくとも一方が、下流にいくにしたがって該吸気ポートの中心線からの距離が徐々に大きくなっており、該距離が大きくなる方向に吸気をガイドするように構成された請求項１に記載の内燃機関。
前記吸気ポートにおける前記所定領域内の前記一部の領域では、上面視において、該吸気ポートの左右両側の側方壁面のそれぞれと該吸気ポートの中心軸との間の距離が下流にいくにしたがって徐々に大きくなっている請求項１または２に記載の内燃機関。
前記吸気ポートの燃焼室への開口部に、吸気弁の閉弁時に該吸気弁の弁体が当接するバルブあたり面が形成されており、
前記吸気ポートにおける前記所定領域が、前記バルブあたり面の上流側端部から連続して上流に延びている領域であり、且つ、前記一部の領域が、前記所定領域内において前記バルブあたり面の上流側端部から連続して上流に延びている領域である請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関。