JP7306832B2 - cylinder head - Google Patents

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Description

本願発明は、燃料をインジェクタによって吸気ポートに噴射する方式の火花点火式内燃機関におけるシリンダヘッドに関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cylinder head in a spark ignition internal combustion engine that uses an injector to inject fuel into an intake port.

燃料をインジェクタによって吸気ポートに噴射する方式のＰＦＩ方式内燃機関において、問題の一つに、燃料が吸気ポートの内面に付着するポートウェット現象がある。燃料が吸気ポートの内面に付着すると、不完全燃焼を引き起こしてＰＭ（粒子状物質）が発生しやすくなるのみならず、燃費を悪化させるなどの不具合がある。 2. Description of the Related Art In a PFI type internal combustion engine that uses an injector to inject fuel into an intake port, one of the problems is the port wet phenomenon in which fuel adheres to the inner surface of the intake port. If the fuel adheres to the inner surface of the intake port, it causes incomplete combustion and PM (particulate matter) is likely to be generated.

他方、燃料の混合性を高めるために、吸気・圧縮工程においてシリンダボア内にタンブル流を形成することが行われており、強いタンブル流を形成するためには、吸気ポートを出来るだけ立てる（吸気ポートの中心線をシリンダボア軸心にできるだけ近づける）ことが有効である。 On the other hand, in order to improve the mixing of fuel, a tumble flow is formed in the cylinder bore during the intake/compression process. It is effective to bring the center line of the cylinder as close as possible to the axis of the cylinder bore.

そこで、特許文献１には、吸気ポートの上側にインジェクタを配置した構成において、吸気ポートとシリンダボア軸心との成す角度をできるだけ小さくしてタンブル流の生成を促進すると共に、エンジンの冷間運転時に、シャッタ弁を絞って吸気の流速を速めつつ、インジェクタにアシストエアを供給して燃料の霧化を促進することが開示されている。 Therefore, in Patent Document 1, in a configuration in which the injector is arranged above the intake port, the angle between the intake port and the axis of the cylinder bore is made as small as possible to promote the generation of tumble flow, and during cold operation of the engine. , the shutter valve is throttled to increase the flow rate of the intake air, while assist air is supplied to the injector to promote atomization of the fuel.

他方、特許文献２には、Ｖ型エンジンの気筒バンク間に吸気系部材を配置した構成において、吸気ポートの下方にインジェクタを配置すると共に、吸気ポートを、クランク軸心方向から見てＳ形に緩く曲がった形状に形成することにより、吸気ポートの下面への燃料付着を防止する技術が開示されている。 On the other hand, in Patent Document 2, in a structure in which an intake system member is arranged between cylinder banks of a V-type engine, an injector is arranged below an intake port, and the intake port is arranged in an S shape when viewed from the crankshaft center direction. A technique is disclosed for preventing fuel from adhering to the lower surface of the intake port by forming it into a gently curved shape.

特許第３９３７５４７号公報Japanese Patent No. 3937547 特許第２７５９３３４号公報Japanese Patent No. 2759334

さて、既述のとおり、強いタンブル流を生成させるには、吸気ポートをできるだけ立てることが有効であるが、インジェクタを吸気ポートの上方に配置すると、インジェクタがロッカーアーム等の動弁部材と干渉する問題がある。 As mentioned above, it is effective to raise the intake port as much as possible to generate a strong tumble flow. There's a problem.

従って、インジェクタを吸気ポートの上方に配置した状態で吸気ポートをできるだけ立てようとすると、インジェクタを吸気マニホールドに取り付けるなどして動弁部材から離すか、或いは、動弁部材をインジェクタよりも高い位置に配置せねばならず、いずれにしても、内燃機関の大型化・重量増大を招来して燃費を悪化させるのみならず、燃料の飛散距離が長くなって流速が低下することにより、燃料が吸気の流れに乗って吸気ポートの上面に付着する傾向が高くなって、ポートウェット現象防止という目的を十分に達成し難くなるおそれがある。 Therefore, if the intake port is to be erected as much as possible with the injector positioned above the intake port, the injector must be attached to the intake manifold to separate it from the valve operating member, or the valve operating member must be positioned higher than the injector. In any case, the size and weight of the internal combustion engine is increased , which not only worsens fuel efficiency, but also increases the fuel scattering distance and reduces the flow velocity, causing the fuel to flow into the intake air. There is a possibility that it will become difficult to sufficiently achieve the purpose of preventing the port wetting phenomenon, because the tendency to adhere to the upper surface of the intake port along with the flow increases.

他方、特許文献２のように吸気ポートの下方にインジェクタを配置すると、インジェクタと動弁部材との干渉を防止しつつ吸気ポートをできるだけ立てることができるが、吸気ポートをＳ字形に形成すると、吸気の直進性が低下したり流れ抵抗が増大したりしてタンブル流の強化に不利になるおそれがある。 On the other hand, when the injector is arranged below the intake port as in Patent Document 2, the intake port can be erected as much as possible while preventing interference between the injector and the valve operating member. There is a risk that the straightness of the flow will decrease and the flow resistance will increase, which will be disadvantageous in strengthening the tumble flow.

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。 The present invention is made to improve such a situation.

本願発明はシリンダヘッドを対象にしており、このシリンダヘッドは、請求項１のとおり、
「吸気ポートがその始端から終端まで全体として一直線状の姿勢に形成されており、前記吸気ポートの下方に、インジェクタが、燃料噴射方向が前記吸気ポートの上面に向かうように先端に向けて高さが高くなる傾斜姿勢で配置されて、前記吸気ポートの下面に、前記インジェクタのノズルが露出する凹所を形成しているシリンダヘッドであって、
前記凹所は、前記インジェクタのノズルが配置された第１傾斜底部と、前記第１傾斜底部の下流側に位置した第２傾斜底部と、前記第１傾斜底部の上流端に位置した第３傾斜底部とを有しており、
クランク軸線方向から見て、前記第１傾斜底部と第３傾斜底部とは前記吸気ポートに向けて凸形に交差して、前記第１傾斜底部と第２傾斜底部とは前記吸気ポートに向けて凹形に交差している」
という構成になっている。 The present invention is directed to a cylinder head, and this cylinder head, as in claim 1,
"An intake port is formed in a straight line as a whole from the beginning to the end thereof, and below the intake port , an injector is arranged at a height toward the tip so that the direction of fuel injection is toward the upper surface of the intake port. a cylinder head arranged in a tilted posture in which the nozzle of the injector is exposed on the lower surface of the intake port,
The recess includes a first inclined bottom portion where the nozzle of the injector is arranged, a second inclined bottom portion located downstream of the first inclined bottom portion, and a third inclined bottom portion located upstream of the first inclined bottom portion. having a bottom and
When viewed in the axial direction of the crankshaft, the first inclined bottom portion and the third inclined bottom portion convexly intersect toward the intake port, and the first inclined bottom portion and the second inclined bottom portion extend toward the intake port. It intersects concavely."
It is configured.

本願発明では、インジェクタを吸気ポートの下方に配置しているため、インジェクタと動弁部材との干渉を防止しつつ、吸気ポートをシリンダボア軸心の側に立てることができる。従って、動弁部材の高さを高くすることなくインジェクタをできるだけ吸気弁の側に寄せて配置することができると共に、吸気ポートの長さもできるだけ短くすることができる。これにより、内燃機関のコンパクト化・軽量化を促進しつつ強いタンブル流の生成に貢献できる。その結果、燃費の向上に貢献できる。 In the present invention, since the injector is arranged below the intake port, the intake port can be erected on the side of the axis of the cylinder bore while preventing interference between the injector and the valve operating member. Therefore, the injector can be arranged as close to the intake valve as possible without increasing the height of the valve operating member, and the length of the intake port can be shortened as much as possible. This contributes to the generation of a strong tumble flow while promoting compactness and weight reduction of the internal combustion engine. As a result, it can contribute to the improvement of fuel efficiency.

また、吸気ポートは直線状の姿勢になっているため、吸気は、流れ抵抗が殆ど無い状態で、強い方向性を持ってシリンダボアに流入する。従って、吸気ポートをできるだけシリンダボア軸心側に立てることができることと相まって、シリンダボアの内部に強いタンブル流を生成できる。その結果、完全燃焼を実現して、燃費の向上やＰＭ低減に貢献できる。 In addition, since the intake port has a straight posture, the intake air flows into the cylinder bore with a strong directivity with almost no flow resistance. Therefore, the intake port can be erected as close to the axis of the cylinder bore as possible, and a strong tumble flow can be generated inside the cylinder bore. As a result, complete combustion can be achieved, contributing to improved fuel efficiency and reduced PM.

実施形態のように、吸気ポートを先窄まりに形成すると、シリンダボアに流入する吸気の流速が大きくなるため、タンブル流を更に強化できる。また、吸気の流速が大きくなると、インジェクタから噴射された燃料をシリンダボアに向けて押しやる効果が高くなるため、燃料が吸気ポートの上面に付着することを防止できる利点もある。 When the intake port is formed with a tapered tip as in the embodiment, the flow velocity of the intake air flowing into the cylinder bore increases, so that the tumble flow can be further strengthened. In addition, when the flow velocity of the intake air increases, the effect of pushing the fuel injected from the injector toward the cylinder bore increases, so there is an advantage that the fuel can be prevented from adhering to the upper surface of the intake port.

さて、インジェクタを吸気ポートの上に配置しても下に配置しても、インジェクタのノズル（先端）は、吸気ポートに形成した凹所に露出させることになるが、吸気ポートの下に凹所を形成すると、吸気が凹所の内部に向けて回り込む偏流現象が生じて、燃料が吸気ポートの内面に向けて誘導され、燃料が吸気ポートの内面に付着することがある。 Now, whether the injector is placed above or below the intake port, the nozzle (tip) of the injector will be exposed in the recess formed in the intake port. is formed, a drift phenomenon occurs in which the intake air turns toward the interior of the recess, fuel is guided toward the inner surface of the intake port, and the fuel may adhere to the inner surface of the intake port.

この点については、本願発明の構成を採用すると、凹所の第１，第２傾斜底部の箇所に向かう吸気が第３傾斜底部によって下向きにガイドされることにより、吸気は凹所を飛び越えて流れる傾向を呈し、凹所の内部に巻き込む偏流現象を防止できる。これにより、燃料が吸気ポートの下面に付着することを防止して、ＰＭの発生を大幅に抑制できる。 Regarding this point, if the configuration of the present invention is adopted, the intake air flowing toward the first and second inclined bottom portions of the recess is guided downward by the third inclined bottom portion, so that the intake air flows over the recess. It is possible to prevent the drift phenomenon that tends to occur and involve the inside of the recess. This prevents the fuel from adhering to the lower surface of the intake port, thereby greatly suppressing the generation of PM.

実施形態の縦断正面図である。It is a longitudinal front view of an embodiment. （Ａ）は図１の要部拡大図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ視断面図、（Ｃ）は比較例（別例）の要部縦断正面図である。(A) is an enlarged view of the main part of FIG. 1, (B) is a cross-sectional view taken along the line BB of (A), and (C) is a longitudinal front view of the main part of a comparative example (another example). 作用を示す図である。It is a figure which shows an effect|action. （Ａ）（Ｂ）とも、効果を説明するためのグラフである。Both (A) and (B) are graphs for explaining the effect. （Ａ）（Ｂ）とも変形例を示す図である。It is a figure which shows a modification with (A) and (B).

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、前後方向はクランク軸線方向であり、左右方向は、クランク軸線及びシリンダボア軸線と直交した方向である。正面視はクランク軸線方向視である。 Next, embodiments of the present invention will be described based on the drawings. In the following, the terms front-rear and left-right are used to specify directions, and the front-rear direction is the direction of the crank axis, and the left-right direction is the direction orthogonal to the crank axis and the cylinder bore axis. A front view is a crank axial direction view.

(1).基本構造
まず、図１～４に示す第１実施形態を説明する。内燃機関の基本構造は従来と同様であり、図１に示すように、内燃機関は、必須要素として、シリンダボア１がクランク軸線方向に並んで複数形成されたシリンダブロック２と、シリンダブロック２の上面に固定されたシリンダヘッド３とを備えている。当然ながら、シリンダボア１にはピストン４が摺動自在に配置されている。また、シリンダブロック２には、シリンダボア１の群を囲う環状のブロック側ウォータジャケット５が形成されている。 (1). Basic Structure First, the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 will be described. The basic structure of the internal combustion engine is the same as that of the conventional engine. and a cylinder head 3 fixed to the Naturally, the piston 4 is slidably arranged in the cylinder bore 1 . Further, the cylinder block 2 is formed with an annular block-side water jacket 5 surrounding the group of cylinder bores 1 .

一方、シリンダヘッド３には、各シリンダボア１と対向して山形の燃焼室６の群が形成されており、各燃焼室６に、前後一対ずつの吸気ポート７と排気ポート８とが左右に振り分けられた状態で開口している。本実施形態では、前後一対の吸気ポート７は、それぞれ独立してシリンダヘッド３の吸気側面９に開口しており、各吸気ポート７の下方に、それぞれ燃料噴射用のインジェクタ１０が配置されている。従って、本実施形態は、デュアルポート・デュアルインジェクタタイプになっている。 On the other hand, a group of mountain-shaped combustion chambers 6 is formed in the cylinder head 3 so as to face each cylinder bore 1, and each combustion chamber 6 has an intake port 7 and an exhaust port 8 arranged in a pair on the left and right sides. The opening is closed. In this embodiment, the pair of front and rear intake ports 7 are each independently opened to the intake side surface 9 of the cylinder head 3, and below each intake port 7, an injector 10 for fuel injection is arranged. . Therefore, this embodiment is a dual-port dual-injector type.

シリンダヘッド３の吸気側面９には、吸気マニホールド１１の枝管１１ａが接続されているが、枝管１１ａは、一対の吸気ポート７に対応して２本が１セットになっていてもよいし、１本の枝管１１ａと２本の吸気ポート７とが接続されている構成であってもよい。更に、前後一対の吸気ポート７は、入口が集合部で繋がっていて、途中から隔壁によって分けられた構成とすることも可能である。 A branch pipe 11 a of an intake manifold 11 is connected to the intake side surface 9 of the cylinder head 3 . , one branch pipe 11a and two intake ports 7 may be connected. Further, the pair of front and rear intake ports 7 may be configured such that the inlets are connected at a collective portion and separated from the middle by a partition wall.

他方、前後一対の排気ポート８は、１つに集合してシリンダヘッド３の排気側面に開口する構造と、各吸気ポート７が、シリンダヘッド３の内部に形成された集合通路に連通した構造とのいずれも採用できる。前者の構造では、シリンダヘッド３の排気側面にはシリンダボア１の数に対応した排気口が開口し、後者の構造では、シリンダヘッド３の排気側面には１つの排気口が開口することになる。 On the other hand, the pair of front and rear exhaust ports 8 are assembled into one and open to the exhaust side surface of the cylinder head 3, and each intake port 7 communicates with a collective passage formed inside the cylinder head 3. can be adopted. In the former structure, exhaust ports corresponding to the number of cylinder bores 1 are opened in the exhaust side surface of the cylinder head 3, and in the latter structure, one exhaust port is opened in the exhaust side surface of the cylinder head 3.

燃焼室６の中央部には、点火プラグ１２が配置されている。なお、シリンダヘッド３にも、冷却水が流れるヘッド側ウォータジャケット１５が形成されている。 A spark plug 12 is arranged in the central portion of the combustion chamber 6 . A head-side water jacket 15 through which cooling water flows is also formed in the cylinder head 3 .

吸気ポート７の下流側端部７ｂは吸気バルブ１３で開閉されて、排気ポート８の上流側端部（始端）は吸気バルブ１３で開閉される。敢えて説明するまでもないが、両バルブ１３，１４は、それぞれ動弁機構を構成するカム軸によって開閉される。また、バルブ１３，１４は、バルブ軸（バルブステム）１３ａ，１４ａと傘部とを有しており、シリンダヘッド３には、傘部が当たるバルブシート（図示ぜず）が装着されている。 A downstream end 7 b of the intake port 7 is opened and closed by an intake valve 13 , and an upstream end (starting end) of the exhaust port 8 is opened and closed by the intake valve 13 . Both valves 13 and 14 are opened and closed by cam shafts that constitute valve mechanisms, although it is not necessary to explain them. The valves 13 and 14 have valve shafts (valve stems) 13a and 14a and head portions, and the cylinder head 3 is fitted with a valve seat (not shown) against which the head portions come into contact.

(2).インジェクタ
インジェクタ１０は、先端にノズルが形成されたボデー１８を有しており、ボデー１８には、燃料噴射を制御するソレノイドバルブが内蔵されている。また、ボデー１８には下向きのソケット１９を形成しており、ソケット１９に接続されたプラグ（図示せず）がＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）と結線されている。また、各インジェクタ１０は、クランク軸線方向に長く延びるデリバリ管２１に接続されている。 (2). Injector The injector 10 has a body 18 with a nozzle formed at its tip, and the body 18 incorporates a solenoid valve for controlling fuel injection. The body 18 is formed with a downward facing socket 19, and a plug (not shown) connected to the socket 19 is connected to an ECU (engine control unit). Each injector 10 is also connected to a delivery pipe 21 that extends in the axial direction of the crankshaft.

インジェクタ１０を構成するボデー１８の先端に設けたノズルは、吸気ポート７に形成された凹所２２に露出しており、燃料は、凹所２２を通過して吸気ポート７に噴出する。燃料の噴出エリア２３は円錐状の空間になっているが、噴出エリア２３の先端は、吸気ポート７の下流側端部７ｂよりも上流側に大きくずれている。従って、燃料は、吸気ポート７の上面に向けて噴出して、吸気ポート７を流れる過程で吸気に混合していく。なお、インジェクタ１０のボデー１８は、Ｏリング２４を介して取付け穴２５に装着されている。 A nozzle provided at the tip of the body 18 that constitutes the injector 10 is exposed in a recess 22 formed in the intake port 7 , and the fuel passes through the recess 22 and is injected into the intake port 7 . The fuel ejection area 23 is a conical space, but the tip of the ejection area 23 is significantly shifted upstream from the downstream end 7 b of the intake port 7 . Therefore, the fuel is jetted toward the upper surface of the intake port 7 and mixes with the intake air while flowing through the intake port 7 . A body 18 of the injector 10 is mounted in a mounting hole 25 with an O-ring 24 interposed therebetween.

図２（Ｂ）に示すように、吸気ポート７の横断面形状は、基本的には円形になっており、凹所２２は横断面略Ｕ形になっている。また、凹所２２は、インジェクタ１０の先端面が露出した第１傾斜底部２２ａと、第１傾斜底部２２ａの下流側に位置した第２傾斜底部２２ｂとを有しており、第２傾斜底部２２ｂの終端は吸気ポート７の下流側端部７ｂまで延びており、深さは徐々に浅くなっている。従って、凹所２２は、クランク軸線方向から見て大まかには三角形状の断面形状になっている。 As shown in FIG. 2B, the cross-sectional shape of the intake port 7 is basically circular, and the recess 22 has a substantially U-shaped cross section. Further, the recess 22 has a first inclined bottom portion 22a where the tip surface of the injector 10 is exposed, and a second inclined bottom portion 22b located downstream of the first inclined bottom portion 22a. extends to the downstream end 7b of the intake port 7 and gradually becomes shallower. Therefore, the recess 22 has a roughly triangular cross-sectional shape when viewed from the crank axial direction.

更に、吸気ポート７は、上流側端部７ａから下流側端部７ｂに向けて断面積が徐々に減少する先窄まりになっており、その軸心（中心線）Ｏ１は直線になっている。従って、吸気ポート７は一直線の形態に延びている。なお、吸気ポート７の横断面形状は、略四角形や楕円形、小判形などに形成することも可能である。 Further, the intake port 7 is tapered such that the cross-sectional area gradually decreases from the upstream end 7a toward the downstream end 7b, and the axis (center line) O1 is straight. . Therefore, the intake port 7 extends in a straight line. The cross-sectional shape of the intake port 7 can also be formed in a substantially rectangular, elliptical, or oval shape.

他方、インジェクタ１０は、先端に向けて高くなるように吸気ポート７の出口側に倒れた傾斜姿勢に配置されており、インジェクタ１０の軸心（中心線）Ｏ２と吸気ポート７の軸心Ｏ１とが成して吸気側面９の側に広がった（横広がりした）夾角θ１は、約６０°になっている。従って、インジェクタ１０の軸心（中心線）Ｏ２と吸気ポート７の中心線Ｏ１とが成して下向きに広がった夾角θ２は約１２０°になっていて、９０°よりも大きい鈍角になっている。燃料は、吸気ポート７の下流側に向けて斜め上向きに噴射される。 On the other hand, the injector 10 is arranged in a tilted posture that falls on the outlet side of the intake port 7 so as to rise toward the tip, and the axial center (center line) O2 of the injector 10 and the axial center O1 of the intake port 7 are aligned. An included angle .theta.1 widened (horizontally widened) toward the side of the intake side surface 9 is about 60.degree. Therefore, the downward widening included angle θ2 formed by the axis (center line) O2 of the injector 10 and the center line O1 of the intake port 7 is about 120°, which is an obtuse angle larger than 90°. . The fuel is injected obliquely upward toward the downstream side of the intake port 7 .

吸気ポート７の軸心Ｏ１とシリンダボアの軸心Ｏ３とが成して上向きに広がる夾角θ３は、６０°よりもやや大きい角度（約６５°）になっている。従って、シリンダボアの軸心Ｏ３とインジェクタ１０の軸心Ｏ２とシリンダボアの軸心Ｏ３とで成されて上に広がる夾角θ４は、約１２５°になっている。 An upwardly widening included angle θ3 formed by the axis O1 of the intake port 7 and the axis O3 of the cylinder bore is slightly larger than 60° (approximately 65°). Therefore, an included angle θ4 formed by the axis O3 of the cylinder bore, the axis O2 of the injector 10, and the axis O3 of the cylinder bore is about 125°.

吸気ポート７の下面（底面）のうち凹所２２の第１傾斜底部２２ａよりも上流側の部位は、吸気ポート７における上流側端部７ａの下端と下流側端部（終端）７ｂの下面とを結んだ基準底線２６に対して、凹所２２に向けて低くなるように傾斜した第３傾斜底部２７になっている。なお、基準底線２６は、凹所２２が存在しないと仮定した場合の吸気ポート７の仮想底線（底面）と言い換えてもよい。第３傾斜底部２７と基準底線２６とが成す角度θ５は、８°程度に設定しているが、５～１０°程度でよいと推測される。凹所２２に関して、クランク軸線方向から見て、第１傾斜底部２２ａと第３傾斜底部２７とは吸気ポート７に向けて凹形状で交差し、第１傾斜底部２２ａと第３傾斜底部２７とは吸気ポート７に向けて凸形状に交差している。 The portion of the lower surface (bottom surface) of the intake port 7 upstream of the first inclined bottom portion 22a of the recess 22 is the lower surface of the upstream end portion 7a of the intake port 7 and the lower surface of the downstream end portion (terminus) 7b. A third inclined bottom portion 27 is inclined so as to be lower toward the recess 22 with respect to a reference bottom line 26 connecting the . Note that the reference bottom line 26 may be rephrased as an imaginary bottom line (bottom surface) of the intake port 7 assuming that the recess 22 does not exist. The angle θ5 formed by the third inclined bottom portion 27 and the reference bottom line 26 is set to about 8°, but it is estimated that about 5 to 10° will suffice. Regarding the recess 22, when viewed from the crankshaft line direction, the first inclined bottom portion 22a and the third inclined bottom portion 27 intersect in a concave shape toward the intake port 7, and the first inclined bottom portion 22a and the third inclined bottom portion 27 intersect with each other. It intersects in a convex shape toward the intake port 7 .

(3).まとめ
図２（Ａ）及び図３に示すように、吸気バルブ１３が開くと、吸気がシリンダボア１に流入すると共に、インジェクタ１０から燃料が噴射される。そして、燃料は吸気ポート７の上面に向けて斜め上向きに噴出するが、吸気によって押されることにより、吸気と混合しつつシリンダボア１に向かう。 (3) Summary As shown in FIGS. 2A and 3, when the intake valve 13 is opened, intake air flows into the cylinder bore 1 and fuel is injected from the injector 10 . Then, the fuel is jetted obliquely upward toward the upper surface of the intake port 7, and is pushed by the intake air to flow toward the cylinder bore 1 while being mixed with the intake air.

そして、本実施形態では、インジェクタ１０を吸気ポート７の下方に配置しているため、吸気ポート７は、吸気バルブ１３を駆動するロッカーアーム等の動弁部材と干渉させることなく、できるだけ立てた姿勢に形成することができる。また、吸気ポート７は直線タイプであるため、抵抗無しで強い方向性を持ってシリンダボア１に流入する。更に、吸気ポート７は先窄まりになっているため、吸気は、吸気ポート７に流入するときの流速よりもシリンダボア１に入るときの流速が大きくなっている。 In this embodiment, since the injector 10 is arranged below the intake port 7, the intake port 7 is kept in an upright position as much as possible without interfering with a valve operating member such as a rocker arm that drives the intake valve 13. can be formed into Further, since the intake port 7 is of a straight type, the air flows into the cylinder bore 1 with strong directivity without resistance. Furthermore, since the intake port 7 is tapered, the flow velocity of the intake air entering the cylinder bore 1 is higher than the flow velocity of the intake air flowing into the intake port 7 .

このように、吸気ポート７ができるだけ立っていて吸気がシリンダボア１の内部で下向きに流れる傾向を呈することと、吸気が抵抗無くシリンダボア１にスムースに流入することと、吸気が流速を速めてシリンダボア１に流入することが相まって、シリンダボア１に、強いタンブル流を形成することができる。これにより、吸気に対する燃料の混合性を高めて、完全燃焼を実現できる。 In this way, the intake port 7 stands up as much as possible and the intake air tends to flow downward inside the cylinder bore 1, the intake air smoothly flows into the cylinder bore 1 without resistance, and the intake air increases the flow velocity and flows into the cylinder bore 1. , a strong tumble flow can be formed in the cylinder bore 1. As a result, the mixture of fuel with intake air can be improved, and complete combustion can be achieved.

そして、燃料はインジェクタ１０から直進性を持って噴出するが、吸気で押されるため、図２（Ａ）及び図３に点線矢印２８で示すように、吸気ポート７の下流側に向かうように方向変換しつつ、吸気と混合していく。この場合、燃料の噴射量は吸気量に比例するため、燃料は、吸気ポート７の上面に付着することなく、吸気に乗ってシリンダボア１に送られる。 The fuel is ejected from the injector 10 in a straight line, but is pushed by the intake air. As it transforms, it mixes with the intake air. In this case, since the injection amount of fuel is proportional to the amount of intake air, the fuel is sent to the cylinder bore 1 along with the intake air without adhering to the upper surface of the intake port 7 .

なお、燃料が吸気ポート７の上面に付着した場合と下面に付着した場合とを比較すると、上面に付着した燃料は重力によって離反しやすくなっているため、下面に付着した場合に比べて弊害は少ないと解される。 When comparing the case where the fuel adheres to the upper surface of the intake port 7 and the case where the fuel adheres to the lower surface, the fuel adhered to the upper surface tends to separate due to gravity. understood to be less.

さて、図２（Ｃ）は、傾斜底部２７を形成せずに、吸気ポート７の下面（底面）のうち凹所２２よりも上流側の部位２９を基準底線２６のままにした態様を示しているが、この態様では、コンピュータによって解析したところ、矢印３０で示すように、吸気が凹所２２の内部に回り込むことにより、矢印３１で示すように、吸気が凹所２２の第２傾斜底部２２ｂに向けて流れる偏流現象が生じることがあった。 Now, FIG. 2(C) shows a mode in which the bottom surface (bottom surface) of the intake port 7 is left at the reference bottom line 26 at the portion 29 on the upstream side of the recess 22 without forming the inclined bottom portion 27 . However, in this embodiment, according to computer analysis, the intake air flows into the recess 22 as indicated by an arrow 30, causing the intake air to flow into the second inclined bottom portion 22b of the recess 22 as indicated by an arrow 31. There was a case where a drift phenomenon flowing toward the

特に、インジェクタ１０を水平の側に大きく寝かせると、偏流現象が顕著に現れる。そして、この偏流現象が発生すると、インジェクタ１０から噴出した燃料が吸気ポート７の下面（凹所２２の下面）に押されやすくなるため、燃料が吸気ポート７の下面（凹所２２の下面）に付着しやすくなることが懸念される。 In particular, when the injector 10 is laid largely on the horizontal side, the drift phenomenon appears remarkably. When this drift phenomenon occurs, the fuel ejected from the injector 10 is likely to be pushed against the lower surface of the intake port 7 (the lower surface of the recess 22). There is concern that it will become easier to adhere.

これに対して、実施形態のように凹所２２の上流部に第３傾斜底部２７を形成すると、吸気は、図２（Ａ）に矢印３２で示すように、凹所２２への回り込み現象を生じることなくスムースに流れていく。従って、インジェクタ１０から噴出した燃料が吸気ポート７の下面（凹所２２の下面）に付着することを防止できる。 On the other hand, if the third inclined bottom portion 27 is formed in the upstream portion of the recess 22 as in the embodiment, the intake air does not flow into the recess 22 as indicated by the arrow 32 in FIG. 2(A). It flows smoothly without any occurrence. Therefore, it is possible to prevent the fuel ejected from the injector 10 from adhering to the lower surface of the intake port 7 (the lower surface of the recess 22).

さて、第３傾斜底部２７が存在しない図２（Ｃ）の場合は、第１傾斜底部２２ａの始端で吸気の速度が急激に低下するため、圧力低下によって吸気が凹所２２に吸い込まれる現象が発生し、このため、上記した偏流が生じると推測される（この偏流は、吸気ポート７の下面と凹所２２の前端面との交差角度が大きいほど、顕著に現れると推測される。）。 Now, in the case of FIG. 2(C) where the third inclined bottom portion 27 does not exist, the speed of the intake air drops sharply at the starting end of the first inclined bottom portion 22a , so that the intake air is sucked into the recess 22 due to the pressure drop. As a result, it is presumed that the above-described drift occurs (this drift is presumed to appear more remarkably as the crossing angle between the lower surface of the intake port 7 and the front end surface of the recess 22 increases).

これに対して、凹所２２の上流部に滑り台状の第３傾斜底部２７を形成すると、吸気ポート７の断面積が徐々に増大するため、吸気ポート７の下面に沿って流れる吸気の流速が低下して、凹所２２を通過するに際しての圧力低下の度合いが低くなり、その結果、吸気は凹所２２に回り込むことなく下流側にスムースに流れていくと解される。 On the other hand, when the slide -like third inclined bottom portion 27 is formed in the upstream portion of the recess 22, the cross-sectional area of the intake port 7 gradually increases, so that the flow velocity of the intake air flowing along the lower surface of the intake port 7 increases. As a result, the intake air flows smoothly to the downstream side without going around the recess 22 .

本願発明者たちは、図２（Ｃ）に一点鎖線で示すように、吸気ポート７の底面を凹所２２に向けて高くなるジャンプ台状の傾斜面３３を形成した構造について吸気の流れをシミュレートしてみたが、この場合は、吸気が凹所２２に回り込む偏流現象が更に強く現れていた。従って、偏流の現象には、吸気の流速（圧力）が急激に変化することが大きく影響していると解される。 The inventors of the present application simulated the flow of intake air for a structure in which the bottom surface of the intake port 7 is formed with a jump table-like inclined surface 33 that rises toward the recess 22, as shown by the dashed line in FIG. 2(C). However, in this case, the drift phenomenon in which the intake air circulates into the recess 22 appears even more strongly. Therefore, it is understood that the phenomenon of drift is greatly influenced by the rapid change in the flow velocity (pressure) of the intake air.

図４（Ａ）では、滑り台状の第３傾斜底部２７を設けた実施例と、吸気ポート７の底面を基準底線２６のままにした比較例１（ノーマル形状）と、図２（Ｃ）の一点鎖線のようにジャンプ台状の傾斜面３３を形成した比較例２とについて、吸気ポート７への燃料付着量の解析結果を表示している。 FIG. 4A shows an embodiment in which a slide-shaped third inclined bottom portion 27 is provided, a comparative example 1 (normal shape) in which the bottom surface of the intake port 7 is left as the reference bottom line 26, and FIG. The result of analysis of the amount of fuel adhering to the intake port 7 is shown for Comparative Example 2 in which the inclined surface 33 in the shape of a jumping platform is formed as indicated by the dashed line.

なお、図４（Ａ）（Ｂ）に関して、クランク角度と吸気ポート７への燃料付着量との関係を補足しておくと、次のとおりである。すなわち、ピストンが上死点に位置した爆発工程をクランク角で０°とすると、約３８０°において吸気バルブ１３の開きとインジェクタ１０による燃料噴射とが開始され、約４８０°において燃料の噴射が停止し、約５４０°において吸気バルブ１３が閉じるようになっており、噴射開始から停止まで燃料の付着量は増大し、その後は、蒸発は無視して最大付着量で一定化していると仮定している。吸気ポート７の内径は、平均で約２０ｍｍであった。 Regarding FIGS. 4A and 4B, the relationship between the crank angle and the amount of fuel adhering to the intake port 7 is supplemented as follows. That is, assuming that the piston is positioned at the top dead center of the explosion process and the crank angle is 0°, the opening of the intake valve 13 and the fuel injection by the injector 10 are started at about 380°, and the fuel injection is stopped at about 480°. Assuming that the intake valve 13 is closed at about 540°, the amount of fuel adhered increases from the start to the end of injection, and then stabilizes at the maximum amount ignoring evaporation. there is The inner diameter of the intake port 7 was about 20 mm on average.

そして、滑り台状の第３傾斜底部２７を形成した実施例では燃料の付着量は最も少なくて、ジャップ台状の傾斜面３３を形成した比較例２では、燃料の付着量が最も多くなっているが、上記したような偏流の有無によってこのような結果が出ていると解される。 The embodiment in which the slide-shaped third inclined bottom portion 27 is formed has the smallest amount of adhered fuel, and the comparative example 2 in which the sloping surface 33 of the sloping stage is formed has the largest amount of adhered fuel. However, it is understood that such results are obtained depending on the presence or absence of drift as described above.

図４（Ｂ）では、シリンダボア１の軸心Ｏ３とインジェクタ１０の軸心Ｏ２とが成す角度θ４と燃料付着量との関係を示している。このグラフから、θ４が約１１０°のときに燃料の付着量は最も少なくて、θ４が小さくなるに従って（θ２が大きくなるに従って）、燃料付着量が増大していることが判る。これは、θ２が大きくなると、燃料が吸気によって吸気ポート７の下面に押される傾向が強くなるためと解される。 FIG. 4B shows the relationship between the angle θ4 formed between the axis O3 of the cylinder bore 1 and the axis O2 of the injector 10 and the amount of adhered fuel. From this graph, it can be seen that the amount of adhering fuel is the smallest when θ4 is about 110°, and the amount of adhering fuel increases as θ4 decreases (as θ2 increases). It is understood that this is because the tendency of the fuel to be pushed to the lower surface of the intake port 7 by the intake air increases as θ2 increases.

図４の（Ａ）と（Ｂ）とで燃料付着量が少し相違しているが、これは、解析条件の微妙な相違によるものである。本願発明者たちの解析結果では、θ１が６８．５°のときに燃料付着量が最小になっており、θ１が６８．５°よりも小さくなると、吸気によって燃料が下向きに押される傾向が高くなるため、燃料付着量は増大していく。 The amount of adhered fuel is slightly different between (A) and (B) in FIG. 4, but this is due to subtle differences in analysis conditions. According to the analysis results of the inventors of the present application, the fuel adhesion amount is minimum when θ1 is 68.5°, and when θ1 is smaller than 68.5°, the fuel tends to be pushed downward by the intake air. Therefore, the amount of adhering fuel increases.

なお、θ１とθ２とは、一方が増大すると他方は減少する逆相関関係にある。そして、θ１が９０°よりも大きくなると、吸気に対する燃料の貫徹力が強くなって、燃料が吸気ポート７の上面に付着し易くなるため、θ１は９０°よりも小さくすべきである。これを逆に見ると、燃料の付着を抑制するためには、θ２は９０°よりも大きい鈍角に設定する必要がある。 It should be noted that θ1 and θ2 have an inverse correlation such that when one increases, the other decreases. When .theta.1 is larger than 90.degree., the penetration force of the fuel against the intake air becomes strong, and the fuel easily adheres to the upper surface of the intake port 7. Therefore, .theta.1 should be smaller than 90.degree. Conversely, in order to suppress adhesion of fuel, θ2 must be set to an obtuse angle larger than 90°.

他方、θ２が大きくなり過ぎると、燃料が吸気ポート７の下面に付着しやすくなるのみならず、燃料が吸気ポート７の下部に集まることにより、燃料と吸気との混合性も悪化する。従って、θ２にも好適な上限値がある。θ１について見ると、約７０°を中心値として、上下１０°の範囲が好適な角度であるといえる（θ２についてみると、１２０°を中心値として、上下１０°の範囲が好適な角度である。）。 On the other hand, if θ2 is too large, not only will the fuel easily adhere to the lower surface of the intake port 7, but the fuel will also gather at the lower portion of the intake port 7, thereby deteriorating the mixing of fuel and intake air. Therefore, θ2 also has a suitable upper limit. Regarding θ1, it can be said that a preferable angle is in the range of 10° up and down with a central value of about 70°. .).

また、吸気ポート７において燃料と吸気とをできるだけ混合させるという側面から見ると、燃料の噴出エリア２３は、吸気ポート７の終端７ｂよりも上流側に位置し、かつ、吸気ポート７のできるだけ上流側に位置しているのが好ましい。図示の例では、燃料の噴出エリア２３は、吸気ポート７の長手中間部よりも上流側に位置しているが、この程度であると、吸気ポート７内でも燃料を吸気にできるだけ均等に混合できる。 Also, from the aspect of mixing the fuel and the intake air as much as possible in the intake port 7, the fuel injection area 23 is located upstream of the terminal end 7b of the intake port 7, and upstream of the intake port 7 as much as possible. It is preferably located in In the illustrated example, the fuel ejection area 23 is positioned upstream of the longitudinal middle portion of the intake port 7. With this extent, the fuel can be mixed with the intake air as evenly as possible even within the intake port 7. .

(4).変形例・その他
図５では、変形例を表示している。このうち（Ａ）に示す例では、第２傾斜底部２２ｂの終端を吸気ポート７の中途部に位置させている。この実施形態では、凹所２２の容積は従前の例に比べて小さくなっている。 (4).Modified example/others Fig. 5 shows a modified example. In the example shown in (A), the terminal end of the second inclined bottom portion 22b is positioned in the middle of the intake port 7. As shown in FIG. In this embodiment, the volume of recess 22 is smaller than in the previous examples.

（Ｂ）に示す例では、吸気ポート７の下面のうち凹所２２よりも上流側の部位に、下流側に向けて低くなるように傾斜した滑り台状の下向きの第４傾斜底部３４と、第４傾斜底部３４の終端から基準底線２６に向けて立ち上がった第３傾斜底部２７とを形成している。従って、吸気ポート７の下面のうち第１傾斜底部２２ａよりも上流側の部位に、下向きの第４傾斜底部３４と上向きの第３傾斜底部２７とを有するガイド凹所が形成された状態になっている。 In the example shown in (B), on the lower surface of the intake port 7 on the upstream side of the recess 22, a slide-like fourth downward inclined bottom portion 34 inclined downward toward the downstream side and a fourth 4 and a third inclined bottom portion 27 rising from the end of the inclined bottom portion 34 toward the reference bottom line 26 is formed. Accordingly, a guide recess having a downward fourth inclined bottom portion 34 and an upward third inclined bottom portion 27 is formed in a portion of the lower surface of the intake port 7 upstream of the first inclined bottom portion 22a. ing.

（Ｂ）の例では、下向きの第４傾斜底部３４の存在によって吸気の流速がいったん低下するため、吸気は、凹所２２を飛び越えるようにして流れていくと推測される。従って、図２（Ｃ）に一点鎖線で示した形態とは異なって、吸気が凹所２２に回り込む偏流現象を防止又は大きく抑制できると推測される。 In the example of (B), since the flow velocity of the intake air temporarily decreases due to the presence of the fourth downwardly inclined bottom portion 34 , it is presumed that the intake air flows so as to jump over the recess 22 . Therefore, unlike the form shown by the dashed line in FIG. 2C, it is presumed that the drift phenomenon in which the intake air flows into the recess 22 can be prevented or greatly suppressed.

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えは、吸気ポート７は、例えばシリンダボア軸心に対して４５°程度で交差するように大きく立てることも可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be embodied in various other ways. For example, the intake port 7 can be made large so as to intersect the cylinder bore axis at about 45°.

本願発明は、ＰＦＩ方式の内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。 The present invention can be embodied in a PFI internal combustion engine. Therefore, it can be used industrially.

１ シリンダボア
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
６ 燃焼室
７ 吸気ポート
７ａ 吸気ポートの上流側端部（始端）
７ｂ 吸気ポートの下流側端部（終端）
１０ インジェクタ
１３ 吸気バルブ
１８ インジェクタのボデー
２２ 凹所
２２ａ 第１傾斜底部
２２ｂ 第２傾斜底部
２３ 燃料の噴出エリア
２６ 基準底線
２７ 第３傾斜底部
Ｏ１ 吸気ポート軸心（中心線）
Ｏ２ インジェクタの軸心
Ｏ３ シリンダボアの軸心 REFERENCE SIGNS LIST 1 cylinder bore 2 cylinder block 3 cylinder head 6 combustion chamber 7 intake port 7a upstream end (starting end) of intake port
7b Downstream end of intake port (terminus)
10 injector 13 intake valve 18 injector body 22 recess
22a first inclined bottom
22b second inclined bottom
23 Fuel injection area 26 Reference bottom line 27 Third inclined bottom O1 Intake port axis (center line)
Axis of O2 injector Axis of O3 cylinder bore

Claims (1)

吸気ポートがその始端から終端まで全体として一直線状の姿勢に形成されており、前記吸気ポートの下方に、インジェクタが、燃料噴射方向が前記吸気ポートの上面に向かうように先端に向けて高さが高くなる傾斜姿勢で配置されて、前記吸気ポートの下面に、前記インジェクタのノズルが露出する凹所を形成しているシリンダヘッドであって、
前記凹所は、前記インジェクタのノズルが配置された第１傾斜底部と、前記第１傾斜底部の下流側に位置した第２傾斜底部と、前記第１傾斜底部の上流端に位置した第３傾斜底部とを有しており、
クランク軸線方向から見て、前記第１傾斜底部と第３傾斜底部とは前記吸気ポートに向けて凸形に交差して、前記第１傾斜底部と第２傾斜底部とは前記吸気ポートに向けて凹形に交差している、
シリンダヘッド。 An intake port is formed in a straight line as a whole from its starting end to its terminal end, and below the intake port , an injector is arranged so that the fuel injection direction is directed toward the upper surface of the intake port. A cylinder head arranged in a rising inclined posture to form a recess in which the nozzle of the injector is exposed on the lower surface of the intake port,
The recess includes a first inclined bottom portion where the nozzle of the injector is arranged, a second inclined bottom portion located downstream of the first inclined bottom portion, and a third inclined bottom portion located upstream of the first inclined bottom portion. having a bottom and
When viewed in the axial direction of the crankshaft, the first inclined bottom portion and the third inclined bottom portion convexly intersect toward the intake port, and the first inclined bottom portion and the second inclined bottom portion extend toward the intake port. intersecting concavely,
cylinder head.
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