JPH04137224U - 内燃機関の吸気ポート構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、吸気ポートからの吸気流が燃焼
室内でタンブル流を生じるように構成された内燃機関の
吸気ポート構造に関し、吸気ポートの最大流量を低下さ
せずにタンブル流の強さを増大できるようにすることを
目的とする。 【構成】 吸気ポート４４からの吸気流が燃焼室３０内
でタンブル流Ｆとなるように構成された内燃機関におい
て、該吸気ポート４４からの吸気流が該タンブル流Ｆを
促進しうるように該吸気ポート４４のタンブル流側半部
４４ａが他半部４４ｂよりも拡幅されて該吸気ポート４
４の吸気流心がタンブル流側へ偏心されるように構成す
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、内燃機関の吸気ポート構造に関し、特に、吸気ポートからの吸気流 が燃焼室内でタンブル流となるように構成された内燃機関における吸気ポート構 造に関する。

【０００２】

【従来の技術】

内燃機関の燃焼を改善する手段として、吸気行程で例えば、図１５，１６に示 すような気筒内の縦向きの旋回流、所謂タンブル流（タンブルスワール）Ｆ（Ｆ ａ，Ｆｍ）を発生させることが有効である。

【０００３】 例えば、図１５，１６は、かかるタンブル流Ｆａ，Ｆｍを発生させるようにし た内燃機関の１つの気筒の構造を示し、図において、符号２２はシリンダブロッ ク、２４はシリンダボア、２６はピストン、２８はシリンダヘッド、３０は燃焼 室である。そして、３４は燃焼室３０の上壁部に形成されたペントルーフであっ て、４０′，４２′は各気筒に２つずつ設けられた吸気通路であり、各吸気通路 ４０′，４２′の吸気ポート４４′には、それぞれ吸気弁５８が設置されている 。

【０００４】 ペントルーフ３４は、各吸気通路４０′，４２′からの吸気流を、各吸気通路 ４０′，４２′の延長軸線上のシリンダボア２４の内壁面に沿って下方に案内し うるような斜面をそなえ、吸気通路４０′，４２′からの吸気流は、このペント ルーフ３４の案内にも助けられて、それぞれ矢印Ｆａ，Ｆｍで示すようなタンブ ル流方向に進む。

【０００５】 この例では、一方の吸気通路４２′のみにインジェクタ６６が設けられ、点火 プラグ７０はこのインジェクタ６６を装備した吸気通路４２′の吸気ポート４４ ′の近傍に配設されている。

【０００６】 また、タンブル流を促進するには、吸気ポート４４′の形状が重要であり、一 般的には、図１５，１６に示すように吸気ポート４４′を直線状のストレートポ ートに形成したり、図１９に示すように吸気ポート４４″を絞ったりすることで 、流れを整流するように工夫している。なお、図１５，１９において、符号４０ Ｆ，４２Ｆはストレートポートでない通常の吸気ポートを示している。

【０００７】 そして、このような吸気ポート４４′，４４″の断面形状は一般には図１７に 示すような円形に形成されるが、図１８に示すような楕円形や長円形に形成され る他に略方形に形成されることもある。

【０００８】 このようにして発生するタンブル流（タンブルスワール）は、火炎電波速度や 燃焼安定性の増大に効果があり、熱発生量Ｑ，筒内圧Ｐ，熱発生率ｄＱについて の実験データを示すと、例えば図２０のようになり、標準（タンブル流を特に発 生させない一般的な場合）に比べてタンブルスワール（タンブル流を発生させた 場合）の方が、熱発生量Ｑ，筒内圧Ｐ，熱発生率ｄＱのサイクル変動が小さく、 燃焼安定性が良好であることがわかる。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上述のように、断面形状が円形や楕円形の吸気ポート４４′の 場合には、タンブル流を強くするのに、吸気ポート４４′をストレートポートに 形成すると、吸気ポート４４′がバルブシート６０に対して鋭角的に進入する構 造となって、流路断面積が必然的に小さくなり、吸気ポート４４″を絞ることで も当然ながら流路断面積が小さくなって、最大流量の低下を招くことになる。つ まり、タンブル流の強さ（タンブル強さ）を強くすると最大流量（流量係数）は 低下するという相反する関係にある。このような最大流量の低下は、機関の全開 性能の低下を招き好ましくない。

【００１０】 ところで、タンブル流を強くするには、吸気弁５８の中心線を境界にして吸気 ポートの上方のタンブル流側の流れ（図１５，図１９に示す矢印ａ参照）の流量 （流速）の方がこれと反対側の流れ（図１５，図１９に示す矢印ｂ参照）の流量 （流速）よりも大きい必要がある。

【００１１】 そこで、このような流量（流速）の不均衡を積極的に形成できれば、最大流量 （流量係数）を低下させることなくタンブル流の強さ（タンブル強さ）を強くす ることができる。

【００１２】 本考案は、上述の課題に鑑み創案されたもので、最大流量（流量係数）を低下 させずにタンブル流の強さ（タンブル強さ）を強くすることができるようにした 、内燃機関の吸気ポート構造を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

このため、本考案の内燃機関の吸気ポート構造は、吸気ポートからの吸気流が 燃焼室内でタンブル流となるように構成された内燃機関において、該吸気ポート からの吸気流が該タンブル流を促進しうるように、該吸気ポートが、そのタンブ ル流側半部を他半部よりも拡幅されて該吸気ポートの吸気流心をタンブル流側へ 偏心されていることを特徴としている。

【００１４】 上記吸気ポートの形状を比較的容易に規定する１つの手段としては、吸気ポー トのタンブル流側半部を他半部よりも拡幅して、吸気ポートが略三角形状の断面 を有するように形成することが望ましい。

【００１５】 上記吸気ポートの形状を比較的容易に規定する他の手段としては、吸気ポート のタンブル流側半部を他半部よりも拡幅して、その最大幅部が該吸気ポートに内 接する位置でのバルブステムの断面中心よりも外方に偏倚した位置に設け、該最 大幅部から該他半部側端部に亘って徐々に幅狭になるように形成することが望ま しい。

【００１６】

【作用】

上述の本考案の内燃機関の吸気ポート構造では、吸気ポートのタンブル流側半 部が他半部よりも拡幅されて吸気ポートの吸気流心がタンブル流側へ偏心されて いるので、タンブル流を形成する流れの成分である吸気ポートのタンブル流側半 部からの吸気流成分が強くなる一方で、タンブル流を阻止する成分となる吸気ポ ートの他半部からの吸気流成分が弱くなって、吸気ポートの流路断面積を縮小せ ずにタンブル流の強さを増加できるようになる。

【００１７】

【実施例】

以下、図面により、本考案の実施例について説明すると、図１〜図７は本考案 の第１実施例としての内燃機関の吸気ポート構造を示すもので、図１はその模式 的な縦断面図、図２はその吸気の流れ方向に直行する面の模式的な断面図（図１ のＡ−Ａ矢視断面図）、図３は本ポート構造の断面形状に対比するために示す従 来の吸気ポート構造の模式的な断面図（図１のＡ−Ａ矢視断面に対応する図）、 図４は本ポート構造の要部断面形状を座標上に示す図、図５は座標上から設定さ れた本ポート構造の断面形状の右半部を示す図、図６，７はいずれもその効果を 示すグラフであり、図８〜図１０は本考案の第２実施例としての内燃機関の吸気 ポート構造を示すもので、図８はその模式的な縦断面図、図９はその吸気の流れ 方向に直行する面の模式的な断面図（図８のＢ−Ｂ矢視断面図）、図１０はその 効果を示すグラフであり、図１１〜図１４はいずれも本考案の吸気ポート構造の 断面形状の変形例を示す断面図である。

【００１８】 第１実施例について説明すると、この吸気ポート４４にかかる内燃機関の各気 筒の全体構造は、例えば図１５，１６に示す従来例とほぼ同様に構成されており 、図１に示さない部分については、これらの図１５，１６を参照する。

【００１９】 つまり、この吸気ポート４４にかかる内燃機関の各気筒は、シリンダブロック ２２に形成されたシリンダボア２４とピストン２６とシリンダヘッド２８とで規 定されて燃焼室３０が形成され、この燃焼室３０内に、吸気通路４０，４２の各 吸気ポート４４が導かれ、それぞれ吸気弁５８が設置されている。

【００２０】 燃焼室３０の上壁部には、ペントルーフ３４が形成されて、ペントルーフ３４ には、各吸気通路４０，４２からの吸気流を、各吸気通路４０，４２の延長軸線 上のシリンダボア２４の内壁面に沿って下方に案内しうるような斜面がそなえら れている。このペントルーフ３４の案内によっても、矢印Ｆで示すようなタンブ ル流の発生が促進されるようになっている。

【００２１】 そして、この内燃機関の吸気ポート４４は、図１に示すように、直線状のスト レートポートに形成されており、このストレートポートの断面形状は、図２に示 すように、吸気ポート４４のタンブル流側半部（つまりタンブル流を形成する主 成分流が流れる吸気ポート４４の上側半部）４４ａが、他半部（つまりタンブル 流を阻止するような成分流が流れる吸気ポート４４の下側半部）４４ｂよりも拡 幅されており、吸気ポート４４の吸気流心がタンブル流側（つまり吸気ポート４ ４の上側半部４４ａ）へ偏心されている。

【００２２】 これにより、吸気ポート４４からの吸気流が燃焼室３０内でタンブル流Ｆを形 成し易いようになっている。

【００２３】 この実施例では、吸気ポート４４は、略逆三角形の断面を有するように形成さ れている。なお、図２において、５８Ａはバルブステムを示す。

【００２４】 このような略逆三角形の吸気ポート４４の断面４５の側部形状を座標上に表す と、例えば図４に示すようになる。この図４において、ｘは吸気ポート断面４５ の上端からの距離を示し、ｙは吸気ポート断面４５の左右中心線からの距離（幅 ）を示している。

【００２５】 なお、この図４における鎖線は、図３に示すような従来の長円形断面の吸気ポ ート４４′の断面４５′の側部形状を示しており、この吸気ポート４４の断面４ ５が上部（図４中左部）のタンブル流側半部４４ａで拡幅して、その流心がタン ブル流側半部４４ａへ偏心していることがわかる。

【００２６】 また、図５は、図４の両端部を滑らかに連続して、本吸気ポート４４の断面全 体の形状を完成させた状態を、従来の円形断面の吸気ポート４４′の断面４５′ に併せて示している。

【００２７】 この図４，図５に示す吸気ポート４４は、その断面において、角部を面取りさ れた曲線状に形成され、その最大幅部（ｙの値が最大の部分）Ｐｍが、吸気ポー ト４４に内接する位置でのバルブステム５８Ａの断面中心（符号Ｃ参照）よりも さらにタンブル流側（ｘが０の側）に偏心した位置に設けられている。

【００２８】 そして、吸気ポート４４の幅は、この最大幅部Ｐｍから他半部側端部（ｘが大 きくなる側の端部）に亘って徐々に幅狭になるように形成されており、この吸気 ポート４４と等しい流路断面積であって一般的な円形又は楕円形又は長円形の断 面形状を有する吸気ポート４４の断面形状４５′と、この吸気ポート４４の断面 形状４５との交差点Ｐｃは、ポート中心（ｘ方向の中心）よりもタンブル流側（ ｘが０の側）に位置されている。

【００２９】 本考案の第１実施例としての内燃機関の吸気ポート構造は、上述のように構成 されているので、吸気ポート４４のタンブル流側半部４４ａからの吸気流成分が 、吸気ポート４４の他半部４４ｂからの吸気流成分よりも大幅に強くなる。

【００３０】 吸気ポート４４のタンブル流側半部４４ａからの吸気流成分はタンブル流を形 成する流れの成分であり、吸気ポート４４の他半部４４ｂからの吸気流成分はタ ンブル流を阻止する成分であるので、上述の流量の不均衡により、吸気ポートの 全体の流路断面積を縮小せずに、つまり、吸気ポート４４全体の吸気流の流量（ 流速）を一定にしながらも、タンブル流の強さを増加できるようになる。

【００３１】 特に、吸気ポート４４の最大幅部Ｐｍを、吸気ポート４４に内接する位置での バルブステム５８Ａの断面中心（符号Ｃ参照）よりもタンブル流側（ｘが０の側 ）に位置させることや、一般的な円形又は楕円形又は長円形の断面形状を有する 吸気ポートの断面との交差点Ｐｃを、ポート中心（ｘ方向の中心）よりもタンブ ル流側（ｘが０の側）に位置されることに留意することで、バルブステム５８Ａ によってタンブル流側の吸気流が阻害されても、充分な吸気流がタンブル流側を 流れるようになり、上述の効果を容易で且つ確実に得られる。

【００３２】 このような効果は、例えばタンブル強さに対する流量係数を示す図６を参照し てもわかる。図６において、黒点は従来の円形又は楕円形又は長円形又は略方形 の断面形状でストレートポートの吸気ポートの測定値を示し、直線Ｌ１はこれら の測定値から得られる特性を示しており、タンブル流の強さ（タンブル強さ）を 強くすると最大流量（流量係数）は低下するという相反する関係（トレードオフ の関係）があることがわかる。これに対して、点Ｐ１は本吸気ポート４４のデー タを示しており、タンブル流の強さ（タンブル強さ）を強くしても最大流量（流 量係数）は低下しないことがわかる。

【００３３】 また、図７は空燃費に対する定速走行燃費のデータについて、本吸気ポート４ ４のもの（△印で示す）と従来の一般的な円形又は楕円形又は長円形の断面形状 を有する吸気ポートのもの（○印で示す）とを対比して示しており、最良燃費が ＬＶ２からＬＶ１へと向上することや、最大空燃費の運転限界がＬＭ２からＬＭ １へと向上することがわかる。

【００３４】 次に、第２実施例について説明すると、この吸気ポート４４Ａにかかる内燃機 関の各気筒の全体構造は、第１実施例とほぼ同様であるので説明を省略するが、 この吸気ポート４４Ａは、図８に示すように、ストレートポートではあるが、そ の上部（タンブル流側）が極端にストレート化されておらずやや脹らみをもって 形成されている。

【００３５】 そして、吸気ポート４４Ａの断面は、図９に示すように、略三角形ではあるが 、面取りが大きく取られて、第１実施例のものよりも円形に近いものになってい る。

【００３６】 本考案の第２実施例としての内燃機関の吸気ポート構造は、上述のように構成 されているので、上述の第１実施例とほぼ同様の効果が得られ、例えばタンブル 強さに対する流量係数については、図１０に示すように、従来の円形又は楕円形 又は長円形又は略方形の断面形状でストレートポートの吸気ポートの特性（直線 Ｌ１参照）に対して、タンブル強さと流量係数とを高いレベルに設定できること がわかる。

【００３７】 吸気ポート４４の断面形状としては、図１１〜図１４に示すようなものも考え られる。

【００３８】 図１１に示す吸気ポート４４Ｂの断面形状は、面取り部の小さい三角形状に形 成されている。図１２に示す吸気ポート４４１Ｃの断面形状は、各辺が半径Ｒの 曲線で構成して脹らみのある三角形状としてその角部を小さく面取りしたもので ある。図１３に示す吸気ポート４４Ｄの断面形状は、左右（幅方向）の２辺を半 径Ｒの曲線で構成して凹みのある三角形状としてその角部を小さく面取りしたも のである。図１４に示す吸気ポート４４Ｅの断面形状は、左右（幅方向）の２辺 の上部を互いに並行にしてその下方を次第に幅狭にしていった形状（ホームベー ス形状）である。

【００３９】 これらの各断面形状の吸気ポート４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ，４４Ｅによっても 、上述とほぼ同様の効果が得られる。

【００４０】 なお、吸気ポート４４の断面の規定を、中心線ＣＬ（図５参照）を境界として 、これよりも下方（図５では中心線ＣＬよりも右方）の面積Ｓ２が、これよりも 上方（図５では中心線ＣＬよりも左方）の面積Ｓ１の一定割合（例えば９５パー セント）以下になるように、つまり、Ｓ２≦Ｓ１×０．９５が成り立つように設 定すると規定しても、上述とほぼ同様の効果が得られる。

【００４１】

【考案の効果】

以上詳述したように、本考案の内燃機関の吸気ポート構造によれば、吸気ポー トからの吸気流が燃焼室内でタンブル流となるように構成された内燃機関におい て、該吸気ポートからの吸気流が該タンブル流を促進しうるように、該吸気ポー トが、そのタンブル流側半部を他半部よりも拡幅されて該吸気ポートの吸気流心 をタンブル流側へ偏心されるという構成により、最大流量を低下させずにタンブ ル流の強さを強くできるようになり、走行燃費の向上や運転限界の向上等の効果 が得られる。

【００４２】 また、上記吸気ポートを、そのタンブル流側半部を他半部よりも拡幅して、吸 気ポートが略三角形状の断面を有するように形成することで、上述の効果の得ら れる吸気ポートの形状を、比較的容易に規定することができる。

【００４３】 さらに、吸気ポートのタンブル流側半部を他半部よりも拡幅して、その最大幅 部が該吸気ポートに内接する位置でのバルブステムの断面中心よりも外方に偏倚 した位置に設け、該最大幅部から該他半部側端部に亘って徐々に幅狭になるよう に形成することで、上述の効果の得られる吸気ポートの形状を、比較的容易に規 定することができ、しかも、効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例としての内燃機関の吸気ポ
ート構造の模式的な縦断面図である。

【図２】本考案の第１実施例としての内燃機関の吸気ポ
ート構造の吸気の流れ方向に直行する面の模式的な断面
図（図１のＡ−Ａ矢視断面図）である。

【図３】本考案の第１実施例としての内燃機関の吸気ポ
ート構造の断面形状に対比するために示す従来の吸気ポ
ート構造の模式的な断面図（図１のＡ−Ａ矢視断面に対
応する図）図である。

【図４】本考案の第１実施例としての内燃機関の吸気ポ
ート構造の要部断面形状を座標上に示す図である。

【図５】本考案の第１実施例としての内燃機関の吸気ポ
ート構造を座標上から設定した場合の断面形状の右半部
を示す図である。

【図６】本考案の第１実施例としての内燃機関の吸気ポ
ート構造の効果を示すグラフである。

【図７】本考案の第１実施例としての内燃機関の吸気ポ
ート構造の効果を示すグラフである。

【図８】本考案の第２実施例としての内燃機関の吸気ポ
ート構造の模式的な縦断面図である。

【図９】本考案の第２実施例としての内燃機関の吸気ポ
ート構造の吸気の流れ方向に直行する面の模式的な断面
図（図８のＢ−Ｂ矢視断面図）である。

【図１０】本考案の第２実施例としての内燃機関の吸気
ポート構造の効果を示すグラフである。

【図１１】本考案の内燃機関の吸気ポート構造の断面形
状の変形例を示す断面図（図１のＡ−Ａ矢視断面に対応
する図）である。

【図１２】本考案の内燃機関の吸気ポート構造の断面形
状の変形例を示す断面図（図１のＡ−Ａ矢視断面に対応
する図）である。

【図１３】本考案の内燃機関の吸気ポート構造の断面形
状の変形例を示す断面図（図１のＡ−Ａ矢視断面に対応
する図）である。

【図１４】本考案の内燃機関の吸気ポート構造の断面形
状の変形例を示す断面図（図１のＡ−Ａ矢視断面に対応
する図）である。

【図１５】従来の内燃機関の吸気ポート構造を燃焼室回
りと併せて示す模式的な縦断面図である。

【図１６】従来の内燃機関の吸気ポート構造を燃焼室回
りと併せて示す模式的な斜視図である。

【図１７】従来の内燃機関の吸気ポート構造の吸気の流
れ方向に直行する面の模式的な断面図（図１５のＣ−Ｃ
矢視断面図）である。

【図１８】従来の内燃機関の吸気ポート構造の吸気の流
れ方向に直行する面の模式的な断面の他の例を示す断面
図（図１５のＣ−Ｃ矢視断面に対応する図）である。

【図１９】従来の内燃機関の吸気ポート構造の他の例を
示す模式的な縦断面図である。

【図２０】タンブル流による効果を示すグラフである。

【符号の説明】

２２ シリンダブロック ２４ シリンダボア ２６ ピストン ２８ シリンダヘッド ３０ 燃焼室 ３４ ペントルーフ ４０，４２ 吸気通路 ４４，４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ，４４Ｅ 吸気
ポート ４４ａ 吸気ポートの上側半部（タンブル流側半部） ４４ｂ 吸気ポートの下側半部（他半部） ４５ 吸気ポートの断面 ５８ 吸気弁 ５８Ａ バルブステム Ｆ タンブル流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 安東 弘光 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)考案者 元持 政行 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)考案者 岩知道 均一 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)考案者 村上 信明 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)考案者 秋篠 捷雄 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気ポートからの吸気流が燃焼室内でタ
   ンブル流となるように構成された内燃機関において、該
   吸気ポートからの吸気流が該タンブル流を促進しうるよ
   うに、該吸気ポートが、そのタンブル流側半部を他半部
   よりも拡幅されて該吸気ポートの吸気流心をタンブル流
   側へ偏心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。
2. 【請求項２】 上記吸気ポートが、上記タンブル流側半
   部を上記他半部よりも拡幅されて略三角形状の断面を有
   するように形成されていることを特徴とする、請求項１
   記載の内燃機関の吸気ポート構造。
3. 【請求項３】 上記吸気ポートが、上記タンブル流側半
   部を上記他半部よりも拡幅されて、その最大幅部が該吸
   気ポートに内接する位置でのバルブステムの断面中心よ
   りも外方に偏倚した位置に設けられて、該最大幅部から
   該他半部側端部に亘って徐々に幅狭になるように形成さ
   れていることを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の
   吸気ポート構造。