JPS6350532B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関の吸気装置の構造に関し、と
くにデユアル吸気ポートでしかも二つのポートの
分岐点がシリンダヘツド内に位置するサイアミー
ズポート型吸気装置の構造に関する。

［従来の技術］ 自動車用内燃機関において、低燃費化と高出力
性能とを両立させるために、吸気ポートを互いに
独立のデユアルポートとし、一方をヘリカルポー
トにするとともに他方をストレートポートに構成
した内燃機関は既に提案されている。

ところで、デユアル吸気ポート方式を採用する
に際しては、通路壁面積を小にして壁面への燃料
付着量を少なくし未燃炭化水素の放出量の低減お
よび運転性の向上をはかり、またシリンダヘツド
における吸気通路の占める空間を小にして燃焼室
の冷却を容易にする等のために、両ポートを、シ
リンダヘツド内において互に分岐させる双子状ポ
ートいわゆるサイアミーズポートに構成すること
が望まれる（たとえば、特公昭48−40606号公報、
特公昭40−26281号公報、特開昭55−19901号公
報）。

［発明が解決しようとする課題］ デユアルポートは、独立二ポートに比べて、ま
たはポートの少なくとも何れか一方に絞り弁を設
けた場合に比べて、二つのポートの相互に及ぼし
合う影響が非常に強く、二つのポートを互いに如
何に関連させかつ各ポートを如何なる構造のもの
にするかによつて、スワールおよびマイクロター
ビユレンスの生成およびそれに伴なう前記低燃費
化、高出力性能、並びに絞り弁排除の可能性およ
びそれに伴なうシステムの簡素化、等の諸々の作
用効果の達成度合が大きく異なつてくる。

さらに詳しくは、前記特公昭48−40606号公報、
特公昭40−26281号公報のサイアミーズポートの
ように、主、副の２つのポートを燃焼室に同じ方
向に接線方向に指向させると、両ポートからの流
れ同志の衝突が不十分でかつピストン頂面との衝
突速度も小となつて、マイクロタービユレンスの
生成が不十分となる。また、前記特開昭55−
19901号公報のサイアミーズポートのように、副
ポートを燃焼室に上下方向に斜めに開口させる
と、副ポートの吸気弁と弁座との間から燃焼室に
流入する吸気量は前記斜めの方向が多くなつて、
副ポートから導入される吸気量に、燃焼室周方向
に偏りが出てしまい、燃焼室周方向に均一にマイ
クロタービユレンスを発生させることができない
という問題が生じる。

また、スキツシユによつて種火が吹き消される
ことがないように点火プラグから遠い位置にスキ
ユシユエリアを設けた場合、このスキツシユエリ
アは火炎の伝幡上末端部位にあるから、ノツキン
グの原因となる自己着火を起す部位となりやす
く、スキツシユエリアをうまく冷却できる構造と
することも望まれる。

本発明は、一方のポートがヘリカルポート、他
方のポートがストレートポートでしかも二つの吸
気ポートの分岐点がシリンダヘツド内にあるサイ
アミーズポートにおいて、副吸気ポートに設けら
れた吸気弁とその弁座との間から燃焼室に流入す
る吸気の量を前記吸気弁の周方向に均一に近づけ
かつこの吸気を直角に近い角度でピストン頂面に
下死点近傍で衝突させて十分なマイクロタービユ
レンスを発生させ、しかもこの副吸気ポートから
の流れによるマイクロタービユレンスを主吸気ポ
ートからの流れによる旋回流（スワール）生成を
弱めることなく発生させることを第１の目的と
し、この十分なマイクロタービユレンスとスワー
ルの発生によつて、最終的には、低中速域におけ
る低燃費化と高速域における高出力を効果的に達
成し、かつ吸気制御弁を排除してもこれらの効果
を維持し絞り弁の排除によりシステムの簡素化を
はかることができる内燃機関の吸気装置を提供す
ることを目的とする。

本発明は、副吸気ポートからの吸気によつてス
キツシユエリアを冷却する内燃機関の吸気装置を
提供することを第２の目的とする。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために、本発明の内燃機関
の吸気装置においては、ほぼ直線状に延びる導入
部と該導入部に接続し渦巻状に延びる渦巻部と該
渦巻部に接続し下方に延びる円筒状部とを有する
ヘリカルポートからなる主吸気ポートと、ほぼ直
線状に延びさらに下方に折れ曲つて直線状に延び
るストレートポートからなる副吸気ポートとが、
両ポートの分岐点がシリンダヘツド内にあるサイ
アミーズポートに構成されている。また、副吸気
ポートの燃焼室への出口部はピストン頂面に平行
な方向にて点火プラグと反対側に位置するスキツ
シユエリアに開口している。さらに、副吸気ポー
トは、燃焼室への出口部（下方に折れ曲つた後下
方に延びる部分）が、ポート中心線と全内周壁面
とが出口部の軸方向に直線状に延びる直線部を有
する円筒形状に形成されている。

［作用］ この構造をとることにより、主吸気ポートを通
つて流入する吸気は主吸気ポートを通る間に旋回
流となつて燃焼室に入つて燃焼室内に旋回流を生
成し、副吸気ポートを通つて流入する吸気は直線
部をもつ円筒形状の出口部を通ることにより吸気
流れ方向を本質的に下方に向けられ、バルブとシ
ートの環状隙間から、バルブ回りに偏らずに、す
なわち均一に燃焼室にバルブ軸心とほぼ45゜（バル
ブ傘部背面の角度がほぼ45゜に吸気を流出させる
角度となつているため）の角度で傘状に流出し、
降下中のピストンの動きに引張られて前記傘状の
流れがほぼボア軸方向に下方に向かう（ピストン
頂面に直交方向の）流れに変えられつつ始めの傘
状の流れの中心をボア中心に寄せられ、ピストン
下死点近傍においてピストン頂面と衝突させるこ
とにより多量の微小乱れ（マイクロタービユレン
ス）を周方向にほぼ均一に生成し、ピストン上昇
動でこの十分な量の微小乱れを上方に押し上げ、
この旋回流と微小乱れにより燃焼改善、燃費の改
善がはかられるとともに、絞り弁を排除してスワ
ールの生成を弱めても、微小乱れがあるので良好
な性能が得られ吸気制御弁の排除も可能となる。

また、副吸気ポートをスキツシユエリアに開口
させているので、副吸気ポートからの吸気（吸気
は低温）でスキツシユエリアを直接冷却し、ノツ
キングの発生を抑える。

［実施例］ 以下に、本発明の内燃機関の吸気装置の望まし
い実施例を、図面を参照して説明する。

第１図および第２図は、本発明の実施例に係る
吸気装置を備えたシリンダヘツド近傍構造を示し
ている。図中、１はシリンダヘツド、２はシリン
ダボアで、シリンダボア２の領域内には、二つの
吸気ポート３，４（主吸気ポート３と副吸気ポー
ト４）と一つの排気ポート５（排気ポートは二つ
あつてもよい）とが設けられており、各ポート
３，４，５はそれぞれ吸気弁６，７および排気弁
によつて開閉されるようになつている。副吸気ポ
ート４のスロート面積は、主吸気ポート３および
排気ポート５のスロート面積より小である。

二つの吸気ポートのうち一方の吸気ポートすな
わち主吸気ポート３は、他方の吸気ポートすなわ
ち副吸気ポート４より長く、通路断面積が大で、
かつヘリカル形状（後述の形状）に形成されてい
る。副吸気ポート４はほぼ真直（後述のようにほ
ぼ水平に真直に延びる部分とほぼ下方に真直に延
びる部分とを有するが渦巻部をもたないという意
味で真直）に延びている。副吸気ポート４は主吸
気ポート３のヘリカル形状の内周側から分岐して
いるが、その分岐点８はシリンダヘツド１内に位
置している。分岐点８と吸気弁６，７との間に
は、両ポート３，４は特別の絞り弁すなわち吸気
制御弁を有していない。

主吸気ポート３は、第３図および第４図に示す
ように、ほぼ真直に延びる導入部３ａと、それに
連なつて渦巻の軸心がほぼ下方に延び通路が渦巻
状となつている渦巻部３ｂと、渦巻部３ｂの終端
部からボア軸心に対してさらにほぼ下方に延びる
比較的短い円筒状部３ｃとを有しており、円筒状
部３ｃの下端で燃焼室リセス９に開口している。
主吸気ポート３のヘリカル形状の内周側壁面１０
は、主吸気ポート３の通路断面の上壁面１１に近
づく程、また下流にいく程、ヘリカル形状の外周
側壁面１２に向つて膨出しており、このためヘリ
カル形状の主吸気ポート３は、上壁面１１に近い
程、また下流側程その流路が狭まつている。ま
た、主吸気ポート３の上壁面１１は、下流にいく
程、徐々に下降している。

一方、ストレートポートである副吸気ポート４
は、第３図および第４図に示すように、主吸気ポ
ート３の導入部３ａから分岐し、真直部４ａでほ
ぼ水平にかつほぼ真直に延びており、その終端で
下方に折れ曲り、比較的長い、かつ主吸気ポート
３の円筒部３ｃより小径の断面円形で、かつ中心
軸線と全内周壁面が軸方向（出口部軸方向）に直
線軸に延びる直線部をもつ、中空円筒形状の出口
部４ｂを形成してシリンダボア２の中心軸と平行
かほぼ平行に下方に向つて延び、ピストン頂面に
平行方向にみて点火プラグ１３と反対側に位置す
る大きなスキツシユエリアの上面を郭定するシリ
ンダヘツド下端平担面１４に開口している。この
円筒形状の比較的長い出口部４ｂは、途中で若干
小径に絞られており、若干速度を速めるようにな
つている。そして開口部には前記吸気弁７が設け
られ、吸気弁７と弁座との間の間隙から吸気へ燃
焼室に流入される。吸気弁７の傘部７ａの形状
は、吸気を約45度の角度で燃焼室内に流入させる
形状になつている。なお副吸気ポート４の水平方
向に延びる真直部４ａの上壁面１５は、下流にい
く程徐々に下降している。

副吸気ポート４は隔壁１６によつて主吸気ポー
ト３と隔てられるが、この場合副吸気ポート４の
上壁面１５が主吸気ポート３の上壁面１１より低
い位置にあるようなポート配置にして隔壁１６に
よつて隔てられている。隔壁１６は、サイアミー
ズポートの通路断面の上部側程サイアミーズポー
ト入口部１７に近い位置まですなわち上流側に延
びており、通路断面の下部側程下流側に後退して
いる。したがつて、主吸気ポート３と副吸気ポー
ト４とは上流側程通路断面の上部の位置で互いに
隔てられ、下流側程通路断面の下部の位置で互い
に隔てられていることになる。そして、両ポート
３，４の上壁面１１，１５の高さの相違と隔壁１
６の構造とによつて、副吸気ポート４は主吸気ポ
ート３の通路断面の低い部分、すなわち主吸気ポ
ート３の下壁面に沿う部分において主吸気ポート
３から分岐しかつ隔壁１６の存在する部分でその
下方で連通していることとなる。なお１９は燃料
噴射弁である。

つぎに、上記の構成を有する内燃機関の吸気装
置の作用について説明する。

まずサイアミーズポートに流入した吸気は、隔
壁１６によつて主吸気ポート３と副吸気ポート４
とに分離されて燃焼室内に流入される。

主吸気ポート３内では、上壁面１１に沿う流れ
はヘリカル形状の内周側壁面１０を構成する隔壁
１６の側壁面がヘリカル形状の外周側壁面１２に
向つて膨出しているので、流れは外周側に偏流
し、流れの絞りと上壁面１１の下降によつて、増
速されつつ旋回および下降の力を与えられ、渦巻
部３ｂに入つてそこで強力な旋回流を生じた後、
吸気弁６とその弁座間の間隙を通つて燃焼室に入
り、強力な旋回流、いわゆるスワールを発生させ
る。低中速域では旋回流による抵抗の増大は余り
大きくないので、多くの量の吸気が主吸気ポート
３を流れ、このため、低中速域において燃焼は安
定し、リーンリミツトを向上でき、低燃費化が促
進される。主吸気ポート３の下壁面１８に沿う流
れは、流れが絞られる割合は上壁面１１に沿う流
れに比べて少なく、かつ副吸気ポート４に隔壁１
６下方である距離にわたつて連通しているので、
スワール生成上は上壁面１１に沿う流れ程には寄
与しないが、高速域になつて通路断面上部の流れ
の抵抗が増加してきたときに、一部副吸気ポート
４側に流れて副吸気ポート４を通つて燃焼室に流
れるので、流入空気量の維持という観点からは上
壁面１１に沿う流れに比べて寄与し、とくに高速
域において、流入量を確保し高充填効率を可能に
するように、効果的に働く。

副吸気ポート４は、また高速域における高出力
の確保にも寄与する。すなわち、高速域になつて
主吸気ポート３側の流れ抵抗がヘリカル形状のた
めに増大しても、ストレートポートの副吸気ポー
ト４は主吸気ポート３程には流れ抵抗が増大しな
いので、高速域では主吸気ポート３の断面下部か
ら隔壁１６の下方を通つて副吸気ポート４に流入
する二次流が増え、副吸気ポート４を流れる吸気
量が増大して高体積効率が得られ、高出力が確保
される。

副吸気ポート４に流入してきた吸気は、直線部
４ａを通つてその終端で下方に曲げられ、円筒形
状の出口４ｂに流入してそこでほぼ垂直下方に向
かう流れとなり、吸気弁７とその弁座間の隙間を
通つて燃焼室に流入する。この円筒形状出口部４
ｂは比較的長いので、そこを通ることにより流れ
は出口部４ｂ下端で片寄つた方向の流れとはなら
ず、出口部４ｂの下端部全断面でほぼ均一な流れ
となり、吸気弁７の回りから吸気弁軸心まわりに
ほぼ均一に、バルブフエース面に沿つて約45度の
円錐形状の流れとなつて流出する。この流れはヘ
リカルポートである主吸気ポート３を通つて燃焼
室内に入つた旋回流およびこの旋回流で誘発され
た旋回流に上方から直角方向にあたるので、スワ
ールを弱めない。また、副吸気ポート４から流入
した流れは、燃焼室内でピストンの下降に合せて
下方に引張られて下方に向かいかつピストン頂面
にほぼ直交する流れに変わり、ピストンが上昇動
に変わる際に、下向きの慣性を有する流れがピス
トンの頂面とほぼ直角に、したがつて最大速度で
衝突して、ピストン下死点近傍でマイクロタービ
ユレンスと呼ばれる微小乱れを多量発生する。ス
ワールと微小乱れはピストン上昇動に合せてスワ
ール、マイクロタービユレンスの強さをほとんど
弱めることなく持上げられ、点火プラグ１３の点
火で着火され、燃焼される。そして、この微小乱
れの存在により、十分な燃焼の安定化がはから
れ、燃焼性、燃費が向上され、独立二ポートにし
なくても、またデユアルポートの少なくとも一方
に絞り弁等の制御弁を設けなくても、十分な燃焼
の安定性が得られ、シリンダヘツド内サイアミー
ズポート構成における絞り弁の排除が可能にな
る。

また、副吸気ポート４はスキツシユエリアに開
口しているので、通常ノツキングの原因となる自
己着火を起こしやすいスキツシユエリアを、低温
の吸気で直接冷却し、スキツシユエリアを郭定し
てている壁面を冷却して、ノツキングの発生を効
果的に防止している。

［発明の効果］ 以上の通りであるから、本発明の内燃機関の吸
気装置によるときは、副吸気ポートの出口部を、
中心線および全内周壁面（直線部の全内周壁面）
が出口部軸方向に直線状に延びる直線部を有する
円筒状に形成したので、副吸気ポートからの流れ
が副吸気ポートに設けた吸気弁の軸心まわりにほ
ぼ均一になつて燃焼室内に流入し、かつこの流れ
は下降するピストンに引張られてボア軸方向の流
れとなるとともに中心をボア中心に寄せられ、主
吸気ポートを流れてきた旋回流によつて生成され
た燃焼室内スワールに上方から直角に衝突するの
でスワールを弱めず、ピストン下死点近傍におい
てピストン頂面にほぼ直角に、したがつて斜め成
分をもたないため最大速度で衝突してマイクロタ
ービユレンスを効果的に多量発生させ、この弱め
られないスワールと多量のマイクロタービユレン
スをピストンで押し上げて点火栓で着火、燃焼さ
せることができ、かくしてリーンリミツトの向
上、燃焼の安定化と向上、燃費の改善をはかるこ
とができる。また、副吸気ポートをストレートポ
ートとしていることにより、高速域においても高
出力が得られる。さらに、前記の弱められないス
ワールと多量のマイクロタービユレンスによつて
吸気制御弁を排除しても燃焼の安定化をはかるこ
とができる。このため、シリンダヘツド内で分岐
するサイアミーズポート方式を採用しても吸気制
御弁を排除でき、システムの簡素化、流量低抗の
減少をはかることができる。

また、副吸気ポートをスキツシユエリアに開口
させたので、スキツシユエリアを直接、効果的に
冷却でき、ノツキングの発生を防止できる。

また、シリンダヘツド内で分岐するサイアミー
ズポート構成としたことにより他の効果も得られ
る。たとえば、独立二ポートに比べて仕切壁が減
少し、壁面への燃料付着量を少なくし未燃炭化水
素の放出の低減、運転性の向上をはかることがで
きる。また、独立二ポートに比べて燃焼室上壁面
部位でのウオータジヤケツトの占める空間を大に
でき、冷却効果の向上とそれに伴なうノツク限界
の向上を通して低燃費化をはかることができる。
さらにサイアミーズポート化によつて製作時に一
体中子を使用でき、量産エンジンの性能のばらつ
きを抑えることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る内燃機関の吸
気装置を備えたシリンダヘツド部近傍の縦断面
図、第２図は第１図のシリンダヘツド部の横断面
図、第３図は第１図および第２図からサイアミー
ズポートのみを取出した平面図、第４図は第３図
のサイアミーズポートの斜視図、である。 １……シリンダヘツド、３……主吸気ポート
（ヘリカルポート）、３ａ……導入部、３ｂ……渦
巻部、４……副吸気ポート（ストレートポート）、
４ａ……直線部、４ｂ……円筒状の出口部、７…
…吸気弁、１０……主吸気ポートの内周側壁面、
１１……主吸気ポートの上壁面、１２……主吸気
ポートの外周側壁面、１６……隔壁、１７……サ
イアミーズポート入口部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ほぼ直線状に延びる導入部と該導入部に接続
   し渦巻状に延びる渦巻部と該渦巻部に接続し下方
   に延びる円筒状部とを有するヘリカルポートから
   なる主吸気ポートと、ほぼ直線状に延びさらに下
   方に折れ曲つて直線状に延びるストレートポート
   からなる副吸気ポートとを、両ポートの分岐点が
   シリンダヘツド内にあるサイアミーズポートに構
   成し、前記副吸気ポートの燃焼室への出口部をピ
   ストン頂面に平行な方向にて点火プラグと反対側
   に位置するスキツシユエリアに開口させ、さらに
   前記副吸気ポートの燃焼室への出口部を、中心線
   と全内周壁面とが出口部軸方向に直線状に延びる
   直線部をもつ円筒形状に形成したことを特徴とす
   る内燃機関の吸気装置。