JPH07224718A - ３吸気バルブエンジンの吸気ポート構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】エンジンにおける中高速運転時の吸入空気量を
確保しつつ、低速運転時の慣性吸気効果を高めて出力を
向上する。 【構成】３吸気バルブエンジンの吸気ポート５は、１つ
の入口部１１と、同入口部１１に対して連通され、互い
に断面積が略同一に形成された３つの出口部１２，１
３，１４とを備えている。入口部１１の長径をａ、両側
に位置する出口部１２，１４の中心間距離をｗ、出口部
１２，１４に配置される吸気バルブの軸径をｄとしたと
き、ａ≧ｗ−ｄとなる関係の吸気ポート５には互いに隣
接した出口部１２，１３，１４間に対して隔壁１６を形
成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の吸気ポートに
係り、詳しくは、吸気効率を高めるために１気筒あたり
３つの吸気バルブが設けられるエンジンの吸気ポート構
造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の吸気ポート構造は、１つ
の入口部と、当該入口部に連通する３つの出口部とを有
しており、中高速運転時の出力トルクを向上させるた
め、入口部断面積の出口部断面積に対する割合が比較的
大きく形成されている。ところが、吸気ポート入口部が
太く形成されると、慣性吸気効果が少なくなり低速運転
時の出力トルクが不十分になる。このため、中高速運転
時の出力トルクを保持しつつ、慣性吸気効率を向上させ
て低速運転時のエンジン効率を向上させるサイアミーズ
型の吸気ポート構造が、本願出願人により実開平２−１
４４２７号公報に提案されている。

【０００３】図５（ｂ）に示すように、この吸気ポート
構造では、３つの出口部５２ａ，５２ｂ，５２ｃがほぼ
同一半径の円形断面を有しており、且つ、出口部間に隔
壁のないサイアミーズ型のものである。また、入口部５
１は長円形断面を有し、前記出口部５２ａ，５２ｂ，５
２ｃは入口部５１の長円形の長径方向にほぼ沿って配置
されている。そして、３つの出口部５２ａ，５２ｂ，５
２ｃの両側に位置する２つの出口部５２ａ，５２ｃの中
心間距離をｘとし、出口部５２ａ，５２ｂ，５２ｃの半
径をｙとすると、入口部５１の長径ｚ１及び短径ｚ２は
次式で表される形状に規定されている。

【０００４】ｚ１≧ｘ−２ｙ ｚ２≧２ｙ よって、前記従来技術によると、入口部５１の形状が上
記の式にて規定されることにより、ポート入口部５１の
断面積を低速運転時における慣性吸気効率が高い寸法と
し、且つ、出口部間に隔壁を設けないサイアミーズ型と
することにより中高速運転時における吸入空気量を確保
することができる。従って、以上のことから、低速から
高速運転にわたり出力を向上させることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術において、更なる高吸入空気量を必要とした場合、流
入空気を増加させるため入口部の断面積を拡大させる必
要がある。しかしながら、入口部の断面積を拡大する
と、入口部から出口部まで流速が保持できず、充填効率
が低下するとともに、各ポートへの吸気分配が不均一と
なってしまい所望の性能向上が図れないという問題があ
った。

【０００６】この発明は前述した事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は中高速運転時における吸入空
気量を増大させつつ、低速運転時における慣性吸気効率
を維持して、低速から高速運転にわたり出力を向上する
ことのできる３吸気バルブエンジンの吸気ポート構造を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第１の発明においては、１つの入口部と、互いに断面
積が略同一に形成された３つの出口部とを備えた３吸気
バルブエンジンの吸気ポート構造において、入口部の長
径をａ、両側に位置する出口部の中心間距離をｗ、出口
部に配置される吸気バルブの軸径をｄとしたとき、ａ≧
ｗ−ｄとなる関係の吸気ポートには互いに隣接した出口
部間に隔壁を形成し、前記出口部同心を独立させたこと
をその要旨としている。

【０００８】また、第２の発明においては、吸気ポート
は出口部が隔壁にて区分された中央の第２のポート部
と、第２のポート部の両側に配置される第１及び第３の
ポート部とを備え、第２のポート部の軸心と他のポート
部の軸心とが側面からみて交差するように配置された３
吸気バルブエンジンの吸気ポート構造において、隔壁の
端壁は、側面から見て第２のポート部の上下の両線が第
１、第３のポート部の上下の両線に対してそれぞれ交わ
る交点Ａ、Ｂと、平面から見て各ポート部間において相
貫線に対応して形成される所定の曲率半径を備えた隔壁
端面とを結ぶ線上に沿って形成されていることをその要
旨としている。

【０００９】

【作用】上記第１の発明の構成によれば、エンジンの吸
気行程において、吸気ポート内に空気が導入され、入口
部から出口部に流れる。出口部を分割する隔壁を設けた
ことにより、通路面積が各ポート相当に縮小される。前
記入口部の長径ａは両外側出口部の中心間距離ｗから前
記吸気バルブの軸径ｄを減じた値以上とされているた
め、隔壁は通気抵抗とならず、かえって、吸入空気流速
を高める。さらに、この隔壁により、ポートの出口部の
それぞれへの通気配分を円滑に行うことができる。

【００１０】一方、入口断面積を大とすることにより中
高速運転時における吸入空気量を増大させることができ
る。また、第２の発明の構成によれば、隔壁の端壁は、
側面から見て第２のポートの上下の両線が第１、第３の
ポート部の上下の両線に対してそれぞれ交わる交点Ａ、
Ｂと、平面から見て各ポート部間において相貫線に対応
して形成される所定の曲率半径を備えた隔壁端面とを結
ぶ線上に沿って形成されている。従って、吸気ポートの
左右開度、上下開度に応じ滑らかに股部が形成され、吸
気ポートを流れる空気に対する隔壁の抵抗は極めて小さ
くなる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明における３吸気バルブエンジン
の吸気ポート構造を４気筒エンジンに具体化した一実施
例を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１２】図１に示すように、エンジンのシリンダブ
ロック１には、第１〜第４の気筒（図１では第１気筒＃
１のみ図示）が並設されている。各気筒にはピストン２
がそれぞれ上下往復動可能に収容され、各ピストン２は
コネクティングロッド３を介してクランクシャフト（図
示しない）に連結されている。ピストン２の上方には燃
焼室４が形成され、各燃焼室４の上壁には、その一側に
３つの吸気ポート５と、他側に２つの排気ポート６とが
開口している。吸気ポート５はシリンダの軸線に対して
傾斜して延びるとともに、終端部にはスロート部７が形
成されている。このスロート部７には、環状のバルブシ
ート８が嵌着されている。前記エンジンのシリンダヘッ
ド１には気筒毎に３本の吸気バルブ９と２本の排気バル
ブ１０とが設けられており、これらの吸気及び排気バル
ブ９，１０によって吸気ポート５及び排気ポート６が開
閉される。

【００１３】図２に示すように、前記吸気ポート５は１
つの入口部１１と３つの出口部１２，１３，１４とを有
し、入口部１１は通路１５を介して出口部１２，１３，
１４と連通されている。入口部１１は長円形断面に形成
され、出口部１２，１３，１４は入口部１１の長円形の
長径方向にほぼ沿って配置されている。詳しくは気筒の
周方向に沿って配置されている。ここで、吸気ポート５
の長円形の入口部１１の長径ａ、両側に位置する出口部
１２，１４の中心間距離ｗ、吸気バルブ９の軸径をｄと
すると、次式の関係が成立する。

【００１４】ａ≧ｗ−ｄ 上式において、入口部１１の長径ａ及び出口部１２，１
４の中心間距離ｗと吸気バルブ９の軸径ｄの差は、吸気
ポート５の入口から出口にかけての開度を表している。

【００１５】前記吸気ポート５のスロート部７には３つ
の出口部１２，１３，１４を分割する隔壁１６が設けら
れている。これにより、吸気ポート５は３つのポート部
１７，１８，１９に分けられる。また、ポート入口部１
１から出口部１２，１３，１４にかけての通路１５の断
面積の変化は各ポート部１７，１８，１９全長において
滑らかに変化するように形成されている。そのため、第
２のポート部１８と第１及び第３のポート部１７，１９
とが交錯する相貫線Ｓにおいて、隔壁端面は製造上可能
な限り、半径Ｒ１が小さくなるように形成されている。

【００１６】図３に示すように、中央の第２のポート部
１８と両側の第１、第３のポート部１７，１９の図中上
下面はそれぞれ点Ａ，Ｂで交錯し、第２のポート部１８
の軸心と第１、第３のポート部１７，１９の軸心とは角
度αを有して交差している。このため、図４に示すよう
に、吸気ポート５の断面の中央部は凹部１８ａを形成
し、この凹部１８ａは吸気ポート５の下流に向かって徐
々に深さを増大させる。一方、隔壁１６の側面から見た
端壁は、点Ａ，Ｂと、相貫線Ｓに対応して形成される前
記隔壁面とを結ぶ線上に形成されている。従って、吸気
ポート５の左右開度、上下開度に応じ滑らかに股部が形
成され、吸気ポートを流れる空気に対する隔壁の抵抗は
極めて小さくなる。また、図４に示すように、第２のポ
ート部１８と両側の第１、第３のポート部１７，１９と
の接合部は円弧Ｒ２状に形成されている。

【００１７】次に、以上のように構成された吸気ポート
構造の作用及び効果を説明する。エンジンの吸気行程に
おいて、気筒＃１内をピストン２が下降することによ
り、吸気ポート５内に空気が導入される。この吸気の際
に、吸気ポート５の上流側にある通路１５を流れる吸気
流速分布は、図５（ａ）の矢印で示されるように、通路
１５の壁より遠い中央部が最も大きくなる。例えば、
（ｂ）に示されるようなサイアミーズ型と比較すると、
本実施例の吸気ポート構造（ａ）では、入口幅がより広
く形成されているため、空気の流速は低くなる。しかし
ながら、出口部を分割する隔壁１６を設けたことによ
り、通路面積が各ポート部１７，１８，１９相当に縮小
され、ポート出口部１２，１３，１４での流速を高める
ことができる。

【００１８】通常、出口部１２，１３，１４に向かう開
度が大きいとき、すなわち、ａ＜ｗ−ｄの条件を満たす
場合には、隔壁１６を設けることは抵抗となる。図６に
ａ＜ｗ−ｄの場合における隔壁１６の長さｌと静的吸入
空気流量の関係を示す。隔壁１６の長さｌが長くなる
と、中央の第２のポート部１８の流量ｆ１は増加する
が、両側の第１及び第３のポート部１７，１９の流量ｆ
２は低下して、吸気ポート５全体としての流量ｆ３は隔
壁の長さｌの増加に対して低下している。ところが、本
実施例においてはａ≧ｗ−ｄの条件において構成されて
いるため、隔壁１６が通気抵抗とならず、かえって、流
速を高めて慣性吸気効果を高めることができる。さら
に、この隔壁１６により、吸気ポート５の出口部１２，
１３，１４のそれぞれへの通気配分を円滑に行うことが
できるようになっている。

【００１９】図７に、ａ≧ｗ−ｄの条件下で隔壁を設け
た場合ｆ４、及び隔壁がない場合ｆ５のそれぞれにおけ
る入口部１１の断面積と吸気ポート５全体の静的吸入空
気流量との関係を示す。上記のように、入口部１１の断
面積が大きいときに、すなわち、流速低下の影響が顕著
な領域において、隔壁１６を設けると吸入空気流量が増
大することがわかる。

【００２０】図８に、本実施例における隔壁端面Ｊより
も隔壁端面Ｋ（図３参照）を吸気ポート５の下流側に設
定した場合、すなわち、隔壁の長さを短くした場合ｆ６
のポート断面積を示す。隔壁の長さを短くした場合は本
実施例ｆ７に比較して、出口部１２，１３，１４付近で
急激に通路面積が縮小することがわかる。図９は、吸気
ポート５全体の静的吸入空気流量と吸入バルブのバルブ
リフト量の関係において、隔壁の長さを短くした場合の
流量比較を示す。実線で示す本実施例ｆ８に比較して、
点線で示す隔壁端面Ｊをポート下流側に設定して、隔壁
端面Ｋの位置にした場合ｆ９の流量が減少していること
がわかる。これは、出口部１２，１３，１４付近で急激
に通路面積が縮小されているため、入口部１１からの流
入量が同等でも、実際の吸入空気量が確保できないため
である。

【００２１】以上詳述したように、長円形の入口部の長
径の長さａ、両側に位置する出口部１２，１４の中心間
距離ｗ、バルブの軸径ｄの関係がａ≧ｗ−ｄの吸気ポー
ト５に隔壁１６を設けたため、入口部１１の断面積を大
きくして吸入空気量を増大させるとともに、出口部１
２，１３，１４の空気流速を高く保持することができ
る。また、隔壁１６により吸気ポート５が分割されるた
め、各ポート部１７，１８，１９への吸気及び噴射され
た燃料の均一な配分が可能で、良好な燃焼を得ることが
できる。さらに、隔壁１６により吸気ポート５の上下面
がつながるため、シリンダヘッドとしての剛性を上げる
ことが可能である。

【００２２】なお、この発明は前記実施例に限定される
ものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成の一
部を適宜に変更して次のように実施することもできる。 （１）前記実施例では、４気筒エンジンに適用したが、
６気筒エンジンあるいはそれ以外のエンジンに適用する
こと。

【００２３】上記実施例から把握できる請求項以外の技
術的思想について以下にその効果とともに記載する。 （ｉ）前記所定の曲率半径は最小曲率を有する請求項２
に記載の吸気ポート構造。この構成により、隔壁による
抵抗を極めて小さくすることができる。

【００２４】なお、ここで、エンジンはガソリンエンジ
ン、ディーゼルエンジンを含む。さらに、３吸気バルブ
エンジンとは、１気筒あたりの吸気バルブの数を３個設
けたエンジンであり、ボア径に対しバルブの開口面積と
ポート面積が広く取れ吸気効率が向上する。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述したように、第１の発明によれ
ば、中高速運転時における吸入空気量を増大させつつ、
低速運転時における慣性吸気効率を維持して、低速から
高速運転にわたり出力を向上させる３吸気バルブエンジ
ンの吸気ポート構造を提供できるという優れた効果を奏
する。

【００２６】また、第２の発明によれば、隔壁の側面か
ら見た端壁は、点Ａ，Ｂと、相貫線Ｓに対応して形成さ
れる前記隔壁面とを結ぶ線上に形成されているため、吸
気ポートを流れる空気に対する隔壁の抵抗は極めて小さ
くなるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施例における３吸気バ
ルブエンジンの吸気ポートを示す断面図である。

【図２】図１の吸気ポート構造を示す平面図である。

【図３】図２の吸気ポート構造を示す正面図である。

【図４】図２の吸気ポート構造を示す断面図である。

【図５】吸気ポート内における吸気流速分布をモデル化
した図であって、（ａ）は本発明の吸気ポート（ｂ）は
サイアミーズ型の吸気ポートを示す説明図である。

【図６】吸気ポートの隔壁長さｌと静的吸入空気流量と
の関係を示す特性図である。

【図７】吸気ポートの入口部断面積と静的吸入空気流量
との関係を示す特性図である。

【図８】吸気ポートの位置とポート断面積との関係を示
す特性図である。

【図９】バルブリフト量と静的吸入空気流量との関係を
示す特性図である。

【符号の説明】

５…吸気ポート、９…吸気バルブ、１１…入口部、１
２，１３，１４…出口部、１６…隔壁。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つの入口部と、互いに断面積が略同一
   に形成された３つの出口部とを備えた３吸気バルブエン
   ジンの吸気ポート構造において、 入口部の長径をａ、両側に位置する出口部の中心間距離
   をｗ、出口部に配置される吸気バルブの軸径をｄとした
   とき、ａ≧ｗ−ｄとなる関係の吸気ポートには互いに隣
   接した出口部間に隔壁を形成し、前記出口部同心を独立
   させたことを特徴とする３吸気バルブエンジンの吸気ポ
   ート構造。
2. 【請求項２】 吸気ポートは出口部が隔壁にて区分され
   た中央の第２のポート部と、第２のポート部の両側に配
   置される第１及び第３のポート部とを備え、第２のポー
   ト部の軸心と他のポート部の軸心とが側面からみて交差
   するように配置された３吸気バルブエンジンの吸気ポー
   ト構造において、 隔壁の端壁は、側面から見て第２のポート部の上下の両
   線が第１、第３のポート部の上下の両線に対してそれぞ
   れ交わる交点Ａ、Ｂと、平面から見て各ポート部間にお
   いて相貫線に対応して形成される所定の曲率半径を備え
   た隔壁端面とを結ぶ線上に沿って形成されていることを
   特徴とする請求項１に記載の３吸気バルブエンジンの吸
   気ポート構造。