JP6750724B2 - 内燃機関の吸気ポート構造 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、内燃機関の吸気ポート構造に関する。

特許文献１には、１つの気筒につき２つの吸気ポートを備えた内燃機関が開示されている。具体的に、特許文献１に係る内燃機関において、２つの吸気ポートは、燃焼室の天井面付近に配設された点火プラグを挟んで機関出力軸方向に並んでいる。

特開２０１６−１２８６６９号公報

しかし、特許文献１のように、２つの吸気ポートの間に点火プラグを配設した場合、点火プラグの寸法に応じて、吸気ポート間の距離が長くなる。これにより、各吸気ポートから燃焼室の中に流入した吸気は、特に各々がタンブル流を形成した場合、機関出力軸方向に離れた位置において別々に流動するようになる。そうすると、点火プラグ部の直下部における乱流強度が相対的に弱くなるため、着火性の低下を招く虞がある。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、２つの吸気ポートの間に点火プラグを配設したときに、混合気の着火性を確保することにある。

ここに開示する技術は、燃焼室を構成する気筒と、前記燃焼室の天井面にそれぞれ開口していると共に、該燃焼室を気筒軸方向視したときに、機関出力軸を挟んだ一側において、機関出力軸方向に並んで配設された２つの吸気口と、２つの前記吸気口のうちの一方に接続された第１吸気ポートと、２つの前記吸気口のうちの他方に接続されかつ、前記第１吸気ポートに対して機関出力軸方向に並んで配設された第２吸気ポートと、前記第１吸気ポート及び前記第２吸気ポートのそれぞれに設けられかつ、前記吸気口を略同一のタイミングで開閉するよう構成された吸気バルブと、前記燃焼室の中に臨むよう配設されかつ、前記燃焼室の中の混合気に点火をするよう構成された点火プラグと、を備え、前記点火プラグが、前記第１吸気ポートと前記第２吸気ポートとの間に配置されている内燃機関の吸気ポート構造に係る。

そして、前記第２吸気ポートの下流端部を機関出力軸方向において第１吸気ポート側と反第１吸気ポート側とに２分したときの前記第１吸気ポート側部分の内壁面は、気筒軸に垂直な断面視において、前記第２吸気ポートの上流側から下流側へ向かうにつれて、機関出力軸に対して略垂直に延びている一方、前記下流端部における前記反第１吸気ポート側部分の内壁面のうち、少なくとも前記吸気口との接続部を含んだ領域は、前記第２吸気ポートの上流側から前記下流端部へ向かうにつれて、前記第１吸気ポートに近付く方向へ延びている。

ここで、「燃焼室」は、ピストンが圧縮上死点に至ったときに形成される空間の意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる。

この構成によると、第２吸気ポートの下流端部における反第１吸気ポート側部分の内壁面は、吸気の流れ方向に従って、第１吸気ポートへ次第に近付くように延びている。よって、第２吸気ポートを通過する吸気のうちの一部は、そうした内壁面に従って、機関出力軸方向において第１吸気ポート側へ導かれる。第１吸気ポート側には点火プラグが設けられていることから、内壁面によって導かれた吸気は、燃焼室の中に流入すると、点火プラグ付近を流れることになる。これにより、点火プラグの直下部において十分な乱流強度を実現し、ひいては混合気の着火性を確保することが可能になる。

ここに開示する別の技術は、燃焼室を構成する気筒と、前記燃焼室の天井面にそれぞれ開口していると共に、該燃焼室を気筒軸方向視したときに、機関出力軸を挟んだ一側において、機関出力軸方向に並んで配設された２つの吸気口と、２つの前記吸気口のうちの一方に接続された第１吸気ポートと、２つの前記吸気口のうちの他方に接続されかつ、前記第１吸気ポートに対して機関出力軸方向に並んで配設された第２吸気ポートと、前記第１吸気ポート及び前記第２吸気ポートのそれぞれに設けられかつ、前記吸気口を略同一のタイミングで開閉するよう構成された吸気バルブと、前記燃焼室の中に臨むよう配設されかつ、前記燃焼室の中の混合気に点火をするよう構成された点火プラグと、を備え、前記点火プラグが、前記第１吸気ポートと前記第２吸気ポートとの間に配置されている内燃機関の吸気ポート構造に係る。

そして、前記第２吸気ポートの下流端部を機関出力軸方向において第１吸気ポート側と反第１吸気ポート側とに２分したときの第１吸気ポート側部分の内壁面は、気筒軸に垂直な断面視において、前記第２吸気ポートの上流側から下流側へ向かうにつれて、機関出力軸に対して略垂直に延びている一方、反第１吸気ポート側部分の内壁面は、前記第２吸気ポートの上流側から下流側へ向かうにつれて、前記第１吸気ポートに近付く方向へ延び、前記第１吸気ポートの下流端部を機関出力軸方向において第２吸気ポート側と反第２吸気ポート側とに２分したときの反第２吸気ポート側部分の内壁面は、気筒軸に垂直な断面視において、前記第１吸気ポートの上流側から下流側へ向かうにつれて、機関出力軸に対して略垂直に延びている一方、第２吸気ポート側部分の内壁面は、前記第１吸気ポートの上流側から下流側へ向かうにつれて、前記第２吸気ポートから離れる方向へ延びている。

この構成によると、第１吸気ポートの下流端部における第２吸気ポート側部分の内壁面は、吸気の流れ方向に従って、第２吸気ポートから次第に離れるように延びている。よって、第１吸気ポートを通過する吸気のうちの一部は、そうした内壁面に従って、機関出力軸方向において反第２吸気ポート側へ導かれる。そのように導かれた吸気は、燃焼室の中に流入するときに、第２吸気ポートから流入した吸気に対して機関出力軸方向に離隔するようになる。したがって、第１吸気ポートから流入した吸気の流れによって、第２吸気ポートから流入した吸気の流れが阻害されないようになる。このことは、点火プラグ２２の直下部において十分な乱流強度を実現する上で有効である。

また、前記第２吸気ポートにおける反第１吸気ポート側部分の内壁面は、該内壁面に沿ってガスの流れ方向に延びる延長線が、気筒軸に垂直な断面視において、機関出力軸に対して垂直でかつ前記点火プラグを通る直線と交わるよう形成されている、としてもよい。

この構成によると、第２吸気ポートを通過する吸気は、燃焼室の内方に向かって流れるように導かれる。そうすると、点火プラグの直下部において十分な乱流強度を実現する上で有利になる。

また、前記内燃機関は、前記燃焼室の中に燃料を供給する燃料噴射弁を備え、前記燃料噴射弁は、前記燃焼室の天井面において、前記点火プラグに対して機関出力軸に垂直な方向に並んで配設されている、としてもよい。

この構成によると、第２吸気ポートから流入した吸気は、燃料噴射弁付近を流れるようになるから、その主流に向かって燃料を噴射することで、点火プラグ付近に均質な混合気を形成する上で有利になる。

また、前記内燃機関は、前記第１吸気ポート及び前記第２吸気ポートのそれぞれに設けられかつ、前記吸気口を開閉するよう構成された吸気バルブを備え、前記吸気バルブは、上下に往復動する軸部と、該軸部の下端部に接続されかつ、前記燃焼室の中から前記吸気口に当接することにより、該吸気口を閉塞するよう構成された傘部とを有し、前記第１吸気ポートの下流端部、及び、前記第２吸気ポートの下流端部は、それぞれ、対応する前記吸気バルブが前記吸気口を開放したときに、機関出力軸に垂直な断面視において、前記傘部のうち前記軸部よりも気筒軸側に位置する部分の傘裏と、該傘裏に対向する前記天井面との間を指向するように延びている、としてもよい。

この構成によると、第１吸気ポート及び第２吸気ポートは、両方ともタンブルポート形状である。この場合、例えば、第２吸気ポートから流入した吸気は、傘面と天井面との間を流れるように導かれる。そのように導かれた吸気は、気筒軸を挟んで吸気バルブとは反対側の気筒内周面から縦方向（気筒軸方向）の下側に向かって流れた後、吸気バルブへ向かって縦方向の上側へ流れる。こうして、燃焼室に流入した吸気は、機関出力軸に平行な中心軸まわりの旋回流を生成するようになる。よって、燃焼室において、タンブル流の強度が高まる。第１吸気ポートも同様である。

タンブル流は、スワール流と比較すると、機関出力軸方向の広がりが相対的に小さい。吸気ポートをタンブルポート形状にした場合、吸気ポートから燃焼室の中に流入した吸気は、その吸気ポートに接続された吸気口の直下部において、縦方向に流動するようになる。そうすると、点火プラグ部の直下部では乱流強度が相対的に弱くなるため、混合気の着火性を確保する上で不都合である。

前記の構成は、点火プラグの直下部において十分な乱流強度を実現することができるという点で、吸気ポートをタンブルポート形状にしたときにとりわけ有効となる。

以上説明したように、前記の内燃機関の吸気ポート構造によると、点火プラグの直下部において十分な乱流強度を実現し、ひいては混合気の着火性を確保することが可能になる。

図１は、エンジンを例示する平面図である。 図２は、燃焼室の概略構成を例示する縦断面図である。 図３は、燃焼室の天井面を例示する図である。 図４は、吸気バルブが吸気口を開放した状態を示す説明図である。 図５は、吸気ポートの輪郭を吸気側から排気側に向かって見て示す図である。 図６は、吸気ポートのＤ１−Ｄ１断面図である。 図７は、吸気ポートのＤ２−Ｄ２断面図である。 図８は、吸気ポートのＤ３−Ｄ３断面図である。 図９は、吸気ポートの輪郭を例示する横断面図である。 図１０は、比較例の吸気ポート構造を示す図９対応図である。 図１１は、点火プラグ直下における乱流エネルギを、比較例の吸気ポート構造を実施した場合と、本実施形態に係る吸気ポート構造を実施した場合とで比較して示すグラフである。

以下、内燃機関の吸気ポート構造の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の説明は例示である。図１は、ここに開示する内燃機関の吸気ポート構造が適用されたエンジンを例示する図である。また、図２は、燃焼室の概略構成を例示する縦断面図であって、図３は、燃焼室の天井面を例示する図である。

尚、以下の説明において、「吸気側」は、図１、図２及び図３における紙面右側である。また、「排気側」は、図１、図２及び図３における紙面左側である。以下、吸気側から排気側に向かう方向、及び、排気側から吸気側に向かう方向を、それぞれ「吸排気方向」という場合がある。他の図においても、これらと対応する方向を「吸気側」、「排気側」、及び「吸排気方向」という。

図１に示すように、エンジン１は、４つのシリンダ（気筒）２が直列に設けられた内燃機関である。具体的に、本実施形態に係るエンジン１は、直列４気筒４ストローク式の内燃機関であって、直噴式のガソリンエンジンとして構成されている。

（エンジンの概略構成）
図２に示すように、エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えている。シリンダブロック１２の内部には、４つのシリンダ２が形成されている（図２には、１つのみを示す）。

図１に戻ると、４つのシリンダ２は、クランクシャフト（不図示）の中心軸（以下、「機関出力軸」という）Ｏ方向に並んでいる。４つのシリンダ２は、それぞれ円筒状に形成されており、各シリンダ２の中心軸（以下、「気筒軸」という）Ｃは、互いに平行となるようにかつ、機関出力軸Ｏ方向に対して垂直となるように延びている。以下、４つのシリンダ２のうちの１つの構成について説明する。

各シリンダ２内には、ピストン３が摺動自在に挿入されている。ピストン３は、コネクティングロッド（不図示）を介してクランクシャフトに連結されている。

ピストン３の上面には、キャビティ３１が形成されている。キャビティ３１は、ピストン３の上面から凹陥している。キャビティ３１は、ピストン３が圧縮上死点付近に位置するときに、後述の燃料噴射弁２１に向かい合う。

ピストン３は、シリンダ２及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室５を構成している。ここで、「燃焼室」は、ピストン３が圧縮上死点に至ったときに形成される空間の意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる場合がある。つまり、「燃焼室」は、ピストン３の位置に関わらず、ピストン３、シリンダ２及びシリンダヘッド１３によって形成される空間を意味する場合がある。

燃焼室５の天井面５１は、いわゆるペントルーフ形状であり、シリンダヘッド１３の下面によって構成されている。具体的に、天井面５１は、燃焼室５を機関出力軸Ｏ方向視したときに、吸気側から気筒軸Ｃに向かって上り勾配となっている吸気側傾斜面１３１と、排気側から気筒軸Ｃに向かって上り勾配となっている排気側傾斜面１３２とによって構成されている。

本実施形態に係るエンジン１は、幾何学的圧縮比を高めるべく、燃焼室５の天井面５１が低く構成されている。天井面５１のペントルーフ形状は、フラット形状に近い。

燃焼室５の天井面５１には、第１吸気口５１１及び第２吸気口５１２がそれぞれ開口している。図３に示すように、第１吸気口５１１及び第２吸気口５１２は、燃焼室５を気筒軸Ｃ方向視したときに、機関出力軸Ｏを挟んだ吸気側（具体的には吸気側傾斜面１３１）において、機関出力軸Ｏ方向に並んで配設されている。第１吸気口５１１及び第２吸気口５１２の周縁部には、それぞれ、リング状のバルブシート５２が配設されている。

燃焼室５の天井面５１にはまた、第１吸気口５１１及び第２吸気口５１２とは別に、２つの排気口５１３、５１４が開口している。図３に示すように、２つの排気口５１３、５１４は、燃焼室５を気筒軸Ｃ方向視したときに、機関出力軸Ｏを挟んだ排気側（具体的には排気側傾斜面１３２）において、機関出力軸Ｏ方向に並んで配設されている。

シリンダヘッド１３の吸気側部分には、１つのシリンダ２につき、２つの吸気ポート６、７が形成されている。２つの吸気ポート６、７は、それぞれ、吸気側から燃焼室５に向かって延びており、吸気マニホールド内の吸気通路（不図示）を燃焼室５に連通させるよう構成されている。吸気通路を通過した吸気は、吸気ポート６、７を介して燃焼室５の中に吸入される。

具体的に、２つの吸気ポート６、７は、第１吸気口５１１に接続された第１吸気ポート６と、第２吸気口５１２に接続されかつ、第１吸気ポート６に対して機関出力軸Ｏ方向に並んで配設された第２吸気ポート７と、を有している。

第１吸気ポート６は、第１吸気口５１１を介して燃焼室５に連通している。第１吸気ポート６には、第１の吸気バルブ（以下、「第１バルブ」という）１６が配設されている。第１バルブ１６は、不図示の動弁機構（例えばＤＯＨＣ式の機構）によって駆動されるよう構成されており、上下に往復動することによって、第１吸気口５１１を開閉する。

詳しくは、第１バルブ１６は、いわゆるポペットバルブとして構成されている。具体的に、第１バルブ１６は、上下に往復動するバルブステム（軸部）１６１と、バルブステム１６１の下端部に接続されかつ、燃焼室５の内側（内方側）から第１吸気口５１１に当接することにより、その第１吸気口５１１を燃焼室５の中から閉塞するよう構成されたバルブヘッド１６２（傘部）とを有している。

バルブステム１６１は、円筒状のバルブガイド（不図示）に挿し通されており、軸方向に上下動するようになっている。バルブステム１６１の下端部は、バルブヘッド１６２の傘裏１６２ａに接続されている。一方、バルブステム１６１の上端部は、前述の動弁機構に連結されている。

バルブヘッド１６２は、その傘裏１６２ａが第１吸気口５１１のバルブシート５２に密着することによって、第１吸気口５１１を燃焼室５の内部から閉塞するようになっている。その状態から第１バルブ１６が下側に移動すると、傘裏１６２ａとバルブシート５２とが離隔して、第１吸気口５１１が開放される。このとき、傘裏１６２ａとバルブシート５２との間隔（所謂バルブリフト量）に応じて、第１吸気ポート６から燃焼室５の中に流入する吸気の流量が調整される。

同様に、第２吸気ポート７は、第２吸気口５１２を介して燃焼室５に連通している。第２吸気ポート７には、第２の吸気バルブ（以下、「第２バルブ」という）１７が配設されている。第２バルブ１７は、上下に往復動することによって、第２吸気口５１２を開閉するようになっている。

第１バルブ１６と同様に、第２バルブ１７は、軸部としてのバルブステム１７１と、傘部としてのバルブヘッド１７２とを備えている。バルブステム１７１の下端部は、バルブヘッド１７２の傘裏１７２ａに接続されている。

尚、本実施形態に係る第１吸気ポート６及び第２吸気ポート７は、双方とも、所謂タンブルポート形状とされている。すなわち、第１吸気ポート６及び第２吸気ポート７は、それぞれ、燃焼室５の中に流れ込んだ吸気が、燃焼室５においてタンブル流を生成するように構成されている。各吸気ポート６、７の詳細については後述する。

また、第１バルブ１６と第２バルブ１７とは、それぞれに対応する吸気口５１１、５１２を略同一のタイミングで開閉するようになっている。例えば、第１バルブ１６が第１吸気口５１１を開放するとき、第２バルブ１７もまた、それと略同一のタイミングで第２吸気口５１２を開放する。そのため、第１吸気ポート６を介して燃焼室５の中へ流れ込んだ吸気と、第２吸気ポート７を介して燃焼室５の中へ流れ込んだ吸気とは、燃焼室５において略同一のタイミングでタンブル流を生成する。

一方、シリンダヘッド１３の排気側部分には、１つのシリンダ２につき、２つの排気ポート８、９が形成されている。２つの排気ポート８、９は、それぞれ、排気側から燃焼室５に向かって延びており、燃焼室５を排気マニホールド内の排気通路（不図示）に連通させるよう構成されている。燃焼室５から排出されたガスは、排気ポート８、９を介して排気通路に流入する。

２つの排気ポート８、９のうち、一方の排気ポート８は、排気口５１３を介して燃焼室５に連通している。この排気ポート８には、排気口５１３を開閉する排気弁１８が配設されている。同様に、他方の排気ポート９は、排気口５１４を介して燃焼室５に連通している。この排気ポート９には、排気口５１４を開閉する排気弁１９が配設されている。

また、シリンダヘッド１３には、シリンダ２毎に、燃焼室５の中に燃料を供給する燃料噴射弁２１と、燃焼室５の中の混合気に点火をする点火プラグ２２とが設けられている。

燃料噴射弁２１は、天井面５１の略中央部（具体的には、吸気側傾斜面１３１と排気側傾斜面１３２とが交わるペントルーフの稜線）に設けられていて、その噴射軸心が気筒軸Ｃに沿うように配設されている。燃料噴射弁２１は、その噴射口が燃焼室５内に臨むように配設されていて、燃焼室５の中に燃料を直接噴射するよう構成されている。

点火プラグ２２は、気筒軸Ｃを挟んだ吸気側に配設されており、第１吸気ポート６と第２吸気ポート７との間に位置している。図３に示すように、第１吸気ポート６、点火プラグ２２、及び、第２吸気ポート７は、機関出力軸Ｏ方向に沿ってこの順で並んでおり、点火プラグ２２は、天井面５１における機関出力軸Ｏ方向の略中央に設けられている。点火プラグ２２は、上方から下方に向かうにつれて、気筒軸Ｃに近付く方向に傾斜している。図３に示すように、点火プラグ２２の電極は、燃焼室５の中に臨んでかつ、燃焼室５の天井面５１の付近に位置している。

尚、２つの吸気ポート６、７の間に点火プラグ２２を配設した場合、点火プラグ２２の機関出力軸Ｏ方向に沿った寸法の分だけ、第１吸気ポート６と第２吸気ポート７との間の距離Ｄｉが長くなる。よって、この距離Ｄｉは、２つの排気ポート８、９間の距離Ｄｅよりも長い。

また、図３に示すように、燃料噴射弁２１及び点火プラグ２２は、機関出力軸Ｏに垂直な吸排気方向に並んで配設されている。

このように構成されたエンジン１が運転すると、吸気通路を通過した吸気は、吸気ポート６、７を介して燃焼室５の中に流れ込む。そうすると、燃焼室５の中には、吸気ポート６、７の形態に応じた吸気流動が形成される。例えば圧縮上死点付近において、燃焼室５の中を流動する吸気に対して燃料を噴射すると、吸気と燃料との混合気が形成される。そして、混合気に対して点火をすると、所定の燃焼速度で燃焼が発生し、動力が得られる。そのときの熱効率は、燃焼速度が高いときには、低いときよりも大きくなる。燃焼速度は、吸気流動に係る状態変数のうち、特に吸気の乱流強度が高まるにつれて高くなる。

つまり、吸気の乱流強度を高めることによって、エンジン１の熱効率を高めることが可能になる。加えて、吸気の乱流強度を高めることによって、混合気の均質性を高めることも可能になる。本実施形態に係る吸気ポート６、７は、前述の如く、タンブルポート形状とされている。そうすることによって、吸気の高タンブル化を図り、ひいては乱流強度を高めることが可能になる。

（吸気ポートの構成）
以下、第１吸気ポート６と第２吸気ポート７とで共通の構成について説明する。尚、以下の説明において、“下流”とは、吸気の流れ方向の下流を示す。同様に、“上流”とは、吸気の流れ方向の上流を示す。

図４は、第１バルブ１６が第１吸気口５１１を開放した状態を示す説明図である。

吸気ポート６、７は、それぞれ略円筒状に形成されている。

そして、吸気ポート６、７を上流側と下流側とに２分したときの上流側部分は、気筒軸Ｃ方向視したときには、図１に示すように、強いタンブル流を得るために気筒軸Ｃ及び機関出力軸Ｏの両方に対して実質的に垂直でかつ、管路抵抗を低減すべく、吸気側から気筒軸Ｃに向かう方向（つまり、吸排気方向のうち、吸気側から排気側に向かう方向）に沿って略ストレートに延びている。

その一方で、吸気ポート６、７の下流側部分は、機関出力軸Ｏに垂直な断面視において、気筒軸Ｃに対して斜めに傾斜している。具体的に、第１吸気ポート６の下流端部６１は、図４に示すように、エンジン１を機関出力軸Ｏ方向視したときに、吸気側から気筒軸Ｃに向かうにつれて、燃焼室５に対して上方に離れた位置から下側（気筒軸Ｃ方向の燃焼室５側）に向かって延びており、天井面５１の第１吸気口５１１に繋がっている。第２吸気ポート７の下流端部７１も同様である。

ここで、第１吸気ポート６の下流端部６１、特に、下流端部６１の下半部は、この第１吸気ポート６に対応する吸気バルブである第１バルブ１６が第１吸気口５１１を開放したとき（少なくとも、第１バルブ１６のバルブリフト量が最大量になったとき）に、機関出力軸Ｏに垂直な断面視において、そのバルブヘッド１６２のうち、バルブステム１６１よりも気筒軸Ｃ側に位置する部分の傘裏１６２ａと、その傘裏１６２ａに対向する天井面５１との間を指向するように延びている（図４の矢印ａ１〜ａ２を参照）。

このように構成すると、第１バルブ１６が第１吸気口５１１を開放したときに、第１吸気ポート６から燃焼室５に流入した吸気は、傘裏１６２ａと、それに対向する天井面５１との間を流れるように導かれる。そのように導かれた吸気は、気筒軸Ｃを挟んで第１バルブ１６とは反対側（つまり、排気側）のシリンダ２内周面から縦方向（気筒軸Ｃ方向）の下側に向かって流れた後、吸気バルブ１６へ向かって縦方向の上側へ流れる。こうして、燃焼室５に流入した吸気は、機関出力軸Ｏに平行な中心軸まわりの旋回流を生成するようになる。よって、燃焼室５において、タンブル流の強度が高まる。第２吸気ポートも同様である。こうした構成は、第２吸気ポート７に関しても同様である。第２吸気ポート７の下流端部７１もまた、タンブル流の強度を高めるように構成されている。

また、各吸気ポート６、７の下流端部６１、７１は、各吸気ポート６、７の上流側から下流側に向かうにつれて、次第に縮径している。各吸気ポート６、７の径を絞ることで、各吸気ポート６、７から燃焼室５の中に流れ込む吸気の流入速度が高まる。そのことで、タンブル流の強度をさらに高めることが可能になる。

次に、第１吸気ポート６に特有の構成について説明する。

図５は、吸気ポート６、７の輪郭を吸気側から排気側に向かって見て示す図である。図５は、吸気ポート６、７の形状を抜き出して描いている。これは、シリンダヘッド１３を鋳造するときの中子の形状に相当する。また、図６は、吸気ポート６、７のＤ１−Ｄ１断面図である。同様に、図７は吸気ポート６、７のＤ２−Ｄ２断面図であり、図８は吸気ポート６、７のＤ３−Ｄ３断面図である。そして、図９は、吸気ポート６、７の輪郭を例示する横断面（具体的には、図４のＤ４−Ｄ４断面）図である。図９もまた、図６と同様に、シリンダヘッド１３を鋳造するときの中子の形状に相当している。

第１吸気ポート６の下流端部６１を、気筒軸Ｃ方向視において第２吸気ポート７側（紙面左側）と反第２吸気ポート７側（紙面右側）とに２分したときの反第２吸気ポート７側部分の内壁面（以下、「反第２吸気ポート側内壁面」という）６１ｂは、図９に示すような半角筒状に形成されている。反第２吸気ポート側内壁面６１ｂの右側面（図６の紙面右側において上下に延びる面）と底面とは、略直角に交わっている。

また、第１吸気ポート６の反第２吸気ポート側内壁面６１ｂは、前述の上流側部分と同様に略ストレートに延びている。すなわち、反第２吸気ポート側内壁面６１ｂは、図６〜８に示すように、気筒軸Ｃに垂直な断面視において、第１吸気ポート６の上流側から下流側へ向かうにつれて、機関出力軸Ｏに対して略垂直に延びている。

それに対し、第１吸気ポート６の下流端部６１における第２吸気ポート７側部分の内壁面（以下、「第２吸気ポート側内壁面」という）６１ａには、該内壁面６１ａに沿って燃焼室５へ向かう吸気流動を、該燃焼室５内の反第２吸気ポート７側へ向かう方向に指向させる第１の指向面６２が形成されている。

ここで、「燃焼室５内の反第２吸気ポート７側へ向かう方向」とは、図９に示すように、燃焼室５内のスペースを、機関出力軸Ｏ方向において反第２吸気ポート７側（第１吸気ポート６側）と反第１吸気ポート６側（第２吸気ポート７側）とに２分したときに、反第１吸気ポート６側のスペースから反第２吸気ポート７側のスペースへ向かう方向に等しい。

詳しくは、第２吸気ポート側内壁面６１ａは、第１吸気ポート６の上流側から下流側に向かう方向に垂直な断面視において、排気側（機関出力軸Ｏを挟んだ他側）から吸気側（一側）に向かう方向に辿ったときに、反第２吸気ポート７側内壁面６１ｂを第２吸気ポート７側に左右反転させた形状（２点鎖線を参照）に対して、第２吸気ポート７から次第に離れるよう曲がっている。このように曲げられた部分が第１の指向面６２を構成している。

さらに詳しくは、図６〜９に示すように、第１吸気ポート６において、第２吸気ポート側内壁面６１ａは、その左半部から下半部にかけて曲がっている。第２吸気ポート側内壁面６１ａは、図９に示す断面視において、吸排気方向に対して傾きながら湾曲した曲面として形成されている。第２吸気ポート側内壁面６１ａは、反第２吸気ポート側内壁面６１ｂよりも曲率が小さく、相対的に緩やかに湾曲している。

また、第１吸気ポート６の下流端部６１の中心軸Ｃｉは、図６に示すように、第１吸気ポート６の上流側から下流側へ向かうにつれて、第２吸気ポート７から離れる方向へ延びている。具体的に、この中心軸Ｃｉは、エンジン１を気筒軸Ｃ方向視したときに、吸排気方向のうち、吸気側から排気側へ向かう一方向に対して、所定の傾斜角θｉだけ傾斜している。傾斜角θｉは、鋭角である。このように傾斜した結果、第２吸気ポート側内壁面６１ａは、図６の矢印ａ３に示すように、第１吸気ポート６の上流側から下流側へ向かうにつれて、第２吸気ポート７から離れる方向へ延びる。

加えて、図６に示すように、第１吸気ポート６において、第２吸気ポート側内壁面６１ａは、該内壁面６１ａに沿って吸気の流れ方向に延びる延長線Ｌｉが、機関出力軸Ｏを挟んで第１吸気口５１１及び第２吸気口５１２とは反対側の領域（つまり、排気側の領域）に向かうよう形成されている。

次に、第２吸気ポート７に特有の構成について説明する。

第２吸気ポート７の下流端部７１を第１吸気ポート６側（紙面右側）と反第１吸気ポート６側（紙面左側）とに２分したときの第１吸気ポート６側部分の内壁面（以下、「第１吸気ポート側内壁面」という）７１ｂは、図９に示すような半角筒状に形成されている。第１吸気ポート側内壁面７１ｂの右側面と底面とは、略直角に交わっており、その曲率は、少なくとも、第１吸気ポート６における第２吸気ポート側内壁面６１ａの曲率よりも大きい。

また、第２吸気ポート７の第１吸気ポート側内壁面７１ｂは、前述の上流側部分と同様に略ストレートに延びている。すなわち、第１吸気ポート側内壁面７１ｂは、図６〜８に示すように、気筒軸Ｃに垂直な断面視において、第２吸気ポート７の上流側から下流側へ向かうにつれて、機関出力軸Ｏに対して略垂直に延びている。

それに対し、第２吸気ポート７の下流端部７１における反第１吸気ポート６側部分の内壁面（以下、「反第１吸気ポート側内壁面」という）７１ａには、該内壁面７１ａに沿って燃焼室５へ向かう吸気流動を、該燃焼室５内の第１吸気ポート６側へ向かう方向に指向させる第２の指向面７２が形成されている。

ここで、「燃焼室５内の第１吸気ポート６側へ向かう方向」とは、前述の「燃焼室５内の反第２吸気ポート７側へ向かう方向」と等しい。

詳しくは、反第１吸気ポート側内壁面７１ａは、第２吸気ポート７の上流側から下流側に向かう方向に垂直な断面視において、排気側（機関出力軸Ｏを挟んだ他側）から吸気側（一側）に向かう方向に辿ったときに、第１吸気ポート側内壁面７１ｂを反第１吸気ポート６側に左右反転させた形状（２点鎖線を参照）に対して、第１吸気ポート６へ次第に近付くよう曲がっている。このように曲げられた部分が第２の指向面７２を構成している。

さらに詳しくは、図６〜９に示すように、第２吸気ポート７において、反第１吸気ポート側内壁面７１ａは、該内壁面７１ａの左半部から下半部にかけて曲がっている。反第１吸気ポート側内壁面７１ａは、図９に示す断面視において、吸排気方向に対して傾きながら湾曲した曲面として形成されている。反第１吸気ポート側内壁面７１ａは、第１吸気ポート側内壁面７１ｂよりも曲率が小さく、相対的に緩やかに湾曲している。

加えて、第２吸気ポート７において、反第１吸気ポート側内壁面７１ａは、図６の矢印ａ４に示すように、第２吸気ポート７の上流側から下流側へ向かうにつれて、第１吸気ポート６に近付く方向へ延びている。

詳しくは、反第１吸気ポート側内壁面７１ａは、該内壁面７１ａに沿って吸気（ガス）の流れ方向に延びる延長線Ｌ２が、気筒軸Ｃに垂直な断面視において、機関出力軸Ｏに対して垂直でかつ点火プラグ２２を通る直線（本実施形態では、吸排気方向に平行でかつ、気筒軸Ｃを通る直線）である中央線ＬＣと交わるよう形成されている。延長線Ｌ２と中央線ＬＣとは、燃焼室５の内部において交わる。

（燃焼室内の吸気流動）
以下、本実施形態に係る内燃機関の吸気ポート構造を実施したときに、燃焼室５の中に形成される吸気の流動について説明する。図１０は、比較例の吸気ポート構造を示す図９対応図である。ここで、図１０に示す吸気ポート構造は、第１吸気ポート１００６及び第２吸気ポート１００７が双方とも角筒状に形成されているという点で、本実施形態に係る吸気ポート構造とは相違している。具体的に、比較例の第１吸気ポート１００６における第２吸気ポート１００７側部分の内壁面１０６１ａは、反第２吸気ポート１００７側部分の内壁面１０６１ｂと同様に、半角筒状に形成されている。比較例の第２吸気ポート１００７に係る内壁面１０７１ａ、１０７１ｂもまた、同様である。また、図１１は、点火プラグ直下における乱流エネルギを、比較例の吸気ポート構造を実施した場合と、本実施形態に係る吸気ポート構造を実施した場合とで比較して示すグラフである。

前述の如く、本実施形態に係る吸気ポート６、７は、タンブルポート形状とされている。そうすることで、燃焼室５の中にタンブル流を形成し、ひいては吸気の乱流強度を高めることが可能になる。

しかし、図３に示すように、２つの吸気ポート６、７の間に点火プラグ２２を配設した場合、前述の如く、点火プラグ２２の寸法に応じて、吸気ポート６、７間の距離Ｄｉが長くなる。これにより、例えば従来の吸気ポート１００６、１００７の場合、各吸気ポート１００６、１００７から流入した吸気は、各々がタンブル流を形成したことと相まって、合流することなく、機関出力軸Ｏ方向に離れた位置において別々に流動するようになる。そうすると、点火プラグの直下部における乱流強度が相対的に弱くなるため、着火性が低下する虞がある。

ところが、本実施形態に係る第２吸気ポート７には、前述の如く形成された反第１吸気ポート側内壁面７１ａが設けられている。よって、第２吸気ポート７を通過する吸気のうちの一部は、そうした内壁面７１ａに従って、機関出力軸Ｏ方向において第１吸気ポート６側へ導かれる。点火プラグ２２は、第２吸気ポート７に対して第１吸気ポート６側に配設されている。ゆえに、反第１吸気ポート側内壁面７１ａによって導かれた吸気は、燃焼室５の中に流入すると、点火プラグ２２先端の電極（つまり、着火部）付近を流れることになる。これにより、図１１に示すように、点火プラグ２２の直下部において十分な乱流強度を実現し、ひいては混合気の着火性を確保することが可能になる。

また、反第１吸気ポート側内壁面７１ａは、該内壁面７１ａから延びる延長線Ｌ２が、前記中央線ＬＣと交わるよう形成されている。よって、第２吸気ポート７を通過する吸気は、燃焼室５の内方に向かって導かれる。そうすると、点火プラグ２２の直下部において十分な乱流強度を実現する上で有利になる。

その一方で、第１吸気ポート６には、前述の如く形成された第２吸気ポート側内壁面６１ａが設けられている。第１吸気ポート６を通過する吸気のうちの一部は、そうした内壁面７１ａに従って、機関出力軸Ｏ方向において反第２吸気ポート７側へ導かれる。そのように導かれた吸気は、燃焼室５の中に流入するときに、第２吸気ポート７から流入した吸気に対して機関出力軸Ｏ方向に離隔するようになる。したがって、第１吸気ポート６から流入した吸気の流れによって、第２吸気ポート７から流入した吸気の流れが阻害されないようになる。このことは、点火プラグ２２の直下部において十分な乱流強度を実現する上で有効である。

また、燃料噴射弁２１は、天井面５１の中央部に配設されているから、第２吸気ポート７から流入した吸気は、燃料噴射弁２１付近を流れるようになる。その主流に向かって燃料を噴射することで、点火プラグ２２付近に均質な混合気を形成する上で有利になる。

また、吸気ポート６、７は、双方ともタンブルポート形状とされている。本実施形態に係る吸気ポート構造は、点火プラグ２２の直下部において十分な乱流強度を実現することができるという点で、タンブルポート形状に対してとりわけ有効となる。

《他の実施形態》
前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

前記の構成は一例に過ぎず、これに限定されるものではない。例えば、前記実施形態では、第１吸気ポート６において、第２吸気ポート側内壁面６１ａの構造に工夫を凝らしていたが、そうした構造は必須ではない。第２吸気ポート側内壁面６１ａは、反第２ポート側内壁面６１ｂと同様に、半角筒状であってもよい。

また、第２吸気ポート７において、反第１吸気ポート側内壁面７１ａは、緩やかに湾曲した曲面として形成されていたが、この構成には限定されない。反第１吸気ポート側内壁面７１ａは、吸排気方向に対して傾斜した平面として形成してもよい。

１ エンジン（内燃機関）
２ シリンダ（気筒）
５ 燃焼室
５１ 天井面
５１１ 第１吸気口（吸気口）
５１２ 第２吸気口（吸気口）
６ 第１吸気ポート
６１ 第１吸気ポートの下流端部
６１ａ 第２吸気ポート側部分の内壁面
６１ｂ 反第２吸気ポート側部分の内壁面
７ 第２吸気ポート
７１ 第２吸気ポートの下流端部
７１ａ 反第１吸気ポート側部分の内壁面
７１ｂ 第１吸気ポート側部分の内壁面
１３ シリンダヘッド
１３１ 吸気側傾斜面
１３２ 排気側傾斜面
１６ 第１バルブ（吸気バルブ）
１６１ バルブステム（軸部）
１６２ バルブヘッド（傘部）
１６２ａ 傘裏
１７ 第２バルブ（吸気バルブ）
１７１ バルブステム（軸部）
１７２ バルブヘッド（傘部）
１７２ａ 傘裏
２１ 燃料噴射弁
２２ 点火プラグ
Ｃ 気筒軸
Ｏ 機関出力軸

Claims (5)

1. 燃焼室を構成する気筒と、
   前記燃焼室の天井面にそれぞれ開口していると共に、該燃焼室を気筒軸方向視したときに、機関出力軸を挟んだ一側において、機関出力軸方向に並んで配設された２つの吸気口と、
   ２つの前記吸気口のうちの一方に接続された第１吸気ポートと、
   ２つの前記吸気口のうちの他方に接続されかつ、前記第１吸気ポートに対して機関出力軸方向に並んで配設された第２吸気ポートと、
   前記第１吸気ポート及び前記第２吸気ポートのそれぞれに設けられかつ、前記吸気口を略同一のタイミングで開閉するよう構成された吸気バルブと、
   前記燃焼室の中に臨むよう配設されかつ、前記燃焼室の中の混合気に点火をするよう構成された点火プラグと、を備え、
   前記点火プラグが、前記第１吸気ポートと前記第２吸気ポートとの間に配置されている内燃機関の吸気ポート構造であって、
   前記第２吸気ポートの下流端部を機関出力軸方向において第１吸気ポート側と反第１吸気ポート側とに２分したときの前記第１吸気ポート側部分の内壁面は、気筒軸に垂直な断面視において、前記第２吸気ポートの上流側から下流側へ向かうにつれて、機関出力軸に対して略垂直に延びている一方、
   前記下流端部における前記反第１吸気ポート側部分の内壁面のうち、少なくとも前記吸気口との接続部を含んだ領域は、前記第２吸気ポートの上流側から前記下流端部へ向かうにつれて、前記第１吸気ポートに近付く方向へ延びていることを特徴とする内燃機関の吸気ポート構造。
2. 燃焼室を構成する気筒と、
   前記燃焼室の天井面にそれぞれ開口していると共に、該燃焼室を気筒軸方向視したときに、機関出力軸を挟んだ一側において、機関出力軸方向に並んで配設された２つの吸気口と、
   ２つの前記吸気口のうちの一方に接続された第１吸気ポートと、
   ２つの前記吸気口のうちの他方に接続されかつ、前記第１吸気ポートに対して機関出力軸方向に並んで配設された第２吸気ポートと、
   前記第１吸気ポート及び前記第２吸気ポートのそれぞれに設けられかつ、前記吸気口を略同一のタイミングで開閉するよう構成された吸気バルブと、
   前記燃焼室の中に臨むよう配設されかつ、前記燃焼室の中の混合気に点火をするよう構成された点火プラグと、を備え、
   前記点火プラグが、前記第１吸気ポートと前記第２吸気ポートとの間に配置されている内燃機関の吸気ポート構造であって、
   前記第２吸気ポートの下流端部を機関出力軸方向において第１吸気ポート側と反第１吸気ポート側とに２分したときの第１吸気ポート側部分の内壁面は、気筒軸に垂直な断面視において、前記第２吸気ポートの上流側から下流側へ向かうにつれて、機関出力軸に対して略垂直に延びている一方、反第１吸気ポート側部分の内壁面は、前記第２吸気ポートの上流側から下流側へ向かうにつれて、前記第１吸気ポートに近付く方向へ延び、
   前記第１吸気ポートの下流端部を機関出力軸方向において第２吸気ポート側と反第２吸気ポート側とに２分したときの反第２吸気ポート側部分の内壁面は、気筒軸に垂直な断面視において、前記第１吸気ポートの上流側から下流側へ向かうにつれて、機関出力軸に対して略垂直に延びている一方、第２吸気ポート側部分の内壁面は、前記第１吸気ポートの上流側から下流側へ向かうにつれて、前記第２吸気ポートから離れる方向へ延びていることを特徴とする内燃機関の吸気ポート構造。
3. 請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気ポート構造において、
   前記第２吸気ポートにおける反第１吸気ポート側部分の内壁面は、該内壁面に沿ってガスの流れ方向に延びる延長線が、気筒軸に垂直な断面視において、機関出力軸に対して垂直でかつ前記点火プラグを通る中央線と交わるよう形成されていることを特徴とする内燃機関の吸気ポート構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気ポート構造において、
   前記内燃機関は、前記燃焼室の中に燃料を供給する燃料噴射弁を備え、
   前記燃料噴射弁は、前記燃焼室の天井面において、前記点火プラグに対して機関出力軸に垂直な方向に並んで配設されていることを特徴とする内燃機関の吸気ポート構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気ポート構造において、
   前記内燃機関は、前記第１吸気ポート及び前記第２吸気ポートのそれぞれに設けられかつ、前記吸気口を開閉するよう構成された吸気バルブを備え、
   前記吸気バルブは、上下に往復動する軸部と、該軸部の下端部に接続されかつ、前記燃焼室の中から前記吸気口に当接することにより、該吸気口を閉塞するよう構成された傘部とを有し、
   前記第１吸気ポートの下流端部、及び、前記第２吸気ポートの下流端部は、それぞれ、対応する前記吸気バルブが前記吸気口を開放したときに、機関出力軸に垂直な断面視において、前記傘部のうち前記軸部よりも気筒軸側に位置する部分の傘裏と、該傘裏に対向する前記天井面との間を指向するように延びていることを特徴とする内燃機関の吸気ポート構造。

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