エンジンの吸気装置

【課題】シリンダ内のガス流動を強化し吸入空気量を増大するとともに既存のシリンダヘッドに容易に適用可能なエンジンの吸気装置を提供する。
【解決手段】空気をシリンダＣ内に導入する吸気ポート１２０を有するシリンダヘッド１００と、吸気ポートの入口部に接続され、吸気ポートに空気を導入するインシュレータ２００とを備えるエンジンの吸気装置１を、吸気ポートは燃焼室側の端部近傍に燃焼室側に向きを変える屈曲部１２３が形成され、吸気ポート内において屈曲部よりも上流側かつシリンダ側の内周面に隣接して設けられ、内周面からの突出量が上流側から下流側にかけて連続的に大きくなるようにインシュレータと一体に形成された整流板２１０を備える構成とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの吸気装置に関し、特にシリンダ内のガス流動を強化し吸入空気量を増大するとともに既存のシリンダヘッドに容易に適用可能なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用等の汎用エンジンのシリンダヘッドは、コスト低減の観点から、自動車用等のＬＰ鋳造ではなくダイキャストによって形成されることが一般的である。
このため、吸気ポートもダイキャストでの製造を考慮した形状とする必要があり、吸気ポートの入り側（キャブレター側）と出側（燃焼室側）との型割りに起因して、ほぼ直角に急激に折れ曲がった屈曲部を有する形状となってしまう場合が多い。
吸気ポートにこのような屈曲部が存在すると、エッジ部において流れが剥離し、タンブル等のシリンダ内ガス流動が低下したり、空気流量が低下するなど、エンジンの吸気性能に影響を与えてしまう。
【０００３】
このような汎用エンジンの吸気装置に関する従来技術として、例えば特許文献１には、エンジンの吸気抵抗を小さくすることを目的として、シリンダヘッドとキャブレターとの間に設けられた熱遮断用のヒートインシュレータの一部をシリンダヘッド内に延伸し、吸気ポートの一部を構成するようにして、吸気ポートの湾曲を穏やかにしたエンジンが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１９２１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された技術においては、吸気抵抗の低減は可能であるが、燃焼の改善に有効なタンブル等のシリンダ内ガス流動強化についてはほとんど配慮されていない。
また、特許文献１に記載された技術は、シリンダヘッドとインシュレータとを、必ず組み合わせて使用される専用部品として設計する必要があり、例えば既存のシリンダヘッドに対して後付けで適用することは不可能である。
本発明の課題は、シリンダ内のガス流動を強化し吸入空気量を増大するとともに既存のシリンダヘッドに容易に適用可能なエンジンの吸気装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、空気をシリンダ内に導入する吸気ポートを有するシリンダヘッドと、前記吸気ポートの入口部に接続され、前記吸気ポートに空気を導入するインシュレータとを備えるエンジンの吸気装置であって、前記吸気ポートは燃焼室側の端部近傍に前記燃焼室側に向きを変える屈曲部が形成され、前記吸気ポート内において前記屈曲部よりも上流側かつシリンダ側の内周面に隣接して設けられ、前記内周面からの突出量が上流側から下流側にかけて連続的に大きくなるように前記インシュレータと一体に形成された整流板を備えることを特徴とするエンジンの吸気装置である。
これによれば、バルブリフトが高い領域では、整流板によって主流が屈曲部のエッジを避ける方向に偏向するため、エッジ部における気流の剥離が抑制され、吸気バルブの手前での流量が増加する。
また、バルブリフトが低い領域では、整流板によってポートの上下で流速差が形成されるため、シリンダ内のタンブルを強化して燃焼を改善することができる。
さらに、このような整流板を有するインシュレータは、既存のシリンダヘッドに後付けで適用することが可能であり、生産中の機種に対しても容易に採用することができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、前記整流板における前記空気の主流側の表面が実質的に平面状に形成されることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気装置である。
これによれば、簡単な形状によって屈曲部のエッジ部やバルブシート部との気流の干渉を抑制し、良好な吸気性能を得ることができる。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明によれば、シリンダ内のガス流動を強化し吸入空気量を増大するとともに既存のシリンダヘッドに容易に適用可能なエンジンの吸気装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を適用したエンジンの吸気装置の実施例における模式的部分断面斜視図である。
【図２】実施例のシリンダヘッドにおける吸気ポート部のダイキャスト型割りを示す模式図である。
【図３】本発明の比較例の吸気ポートにおける空気の流れを示す模式図である。
【図４】実施例の吸気ポートにおける空気の流れを示す模式図であって、バルブリフトが高い状態を示す図である。
【図５】実施例の吸気ポートにおける空気の流れを示す模式図であって、バルブリフトが低い状態を示す図である。
【図６】実施例及び比較例におけるバルブリフトと吸気量（質量流量）との相関を示すグラフである。
【図７】実施例及び比較例におけるバルブリフトとタンブル比との相関を示すグラフである。
【図８】実施例及び比較例におけるエンジンの回転数と全開時出力との相関を示すグラフである。
【図９】実施例及び比較例におけるエンジンの負荷率とＴＨＣ排出量との相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、シリンダ内のガス流動を強化し吸入空気量を増大するとともに既存のシリンダヘッドに容易に適用可能なエンジンの吸気装置を提供する課題を、混合気がポート屈曲部のエッジ部を飛び越えて流れるように整流するヒレ状あるいはジャンプ台状の整流板をインシュレータと一体に形成することによって解決した。
【実施例】
【００１１】
以下、本発明を適用したエンジンの吸気装置（以下単に「吸気装置」と称する）の実施例について説明する。
実施例の吸気装置は、例えば、汎用の４ストロークＯＨＣ単気筒ガソリンエンジンのシリンダ内に新気（燃焼用空気）を導入するものである。
図１は、実施例の吸気装置の模式的部分断面斜視図である。
図１に示すように、吸気装置１は、シリンダヘッド１００、インシュレータ２００を有して構成されている。
【００１２】
シリンダヘッド１００は、シリンダＣ（図２参照）を有するシリンダブロックの端部に設けられ、燃焼室１１０、吸気ポート１２０、吸気バルブ１３０（図４、図５等参照）のほか、図示しない排気ポート、排気バルブ、点火プラグ、吸気バルブ及び排気バルブを駆動する動弁駆動機構等を備えている。
燃焼室１１０は、シリンダヘッド１００のシリンダ側の端面（図１における下面）を例えばバスタブ状に凹ませて形成されている。
【００１３】
吸気ポート１２０は、燃焼室１１０内に、図示しないキャブレターで生成された混合気（空気及び気化した燃料）を導入する流路である。
吸気ポート１２０は、上流部１２１と下流部１２２との間に屈曲部１２３を有する。
上流部１２１は、インシュレータ２００内を経由してキャブレターから供給される混合気がシリンダヘッド１００に導入される部分であって、シリンダ中心軸方向に対して傾斜して配置されている。
例えば、シリンダ中心軸方向がほぼ鉛直に配置されるエンジンの場合、上流部１２１は、インシュレータ２００側が下流部１２２側に対して高くなるように傾斜している。
下流部１２２は、上流部１２１から導入された混合気を燃焼室１１０に導入する部分であって、シリンダ中心軸方向とほぼ平行に配置されている。
下流部１２２の燃焼室１１０側の端部には、吸気バルブ１３０の外周縁部と当接するバルブシートが形成されている。
【００１４】
シリンダヘッド１００は、アルミダイキャストによって形成されている。
図２は、実施例のシリンダヘッドにおける吸気ポート部のダイキャスト型割りを示す模式図である。
図２に示すように、金型のうち吸気ポート１２０の上流部１２１を形成する部分（図２に一点鎖線で示す部分）は、上流部１２１の長手方向に沿ってインシュレータ２００側に抜かれ、下流部１２２を形成する部分（図２に破線で示す部分）は、シリンダの中心軸方向に沿って下方に抜かれるようになっている。
このような型割りに起因して、吸気ポート１２０の上流部１２１と下流部１２２との間には、鋭利なエッジ部を有する屈曲部１２３が形成されることになる。
【００１５】
図４、図５に示す吸気バルブ１３０は、吸気ポート１２０の燃焼室１１０側の端部を開閉するものである。
吸気バルブ１３０は、ほぼ円盤状の弁体の中央から円柱状のバルブステムを立設して構成されている。
【００１６】
インシュレータ２００は、シリンダヘッド１００と図示しないキャブレターとの間に設けられ、エンジン本体からキャブレターへの熱伝導を抑制してキャブレターの過熱を防止するものである。
インシュレータ２００は、例えば合成樹脂等のシリンダヘッド１００よりも熱伝導率が低い材料によって一体に形成されている。
【００１７】
インシュレータ２００は、シリンダヘッド取付面部２０１、キャブレター取付面部２０２、吸気流路部２０３を有する。
シリンダヘッド取付面部２０１は、シリンダヘッド１００の吸気ポート１２０の入口部に固定されるほぼ平面状の面部である。
キャブレター取付面部２０２は、シリンダヘッド取付面部２０１の反対側に設けられ、図示しないキャブレターのフランジ部が固定されるほぼ平面状の面部である。
吸気流路部２０３は、キャブレター取付面部２０２からシリンダヘッド取付面部２０１まで貫通して形成され、キャブレターが生成した混合気を吸気ポート１２０に導入するものである。
【００１８】
また、インシュレータ２００には、以下説明するヒレ状あるいはジャンプ台状の整流板２１０が設けられている。
整流板２１０は、シリンダヘッド取付面部２０１からシリンダヘッド１００側へ突き出して形成され、吸気ポート１２０の上流部１２１内に挿入される。
整流板２１０は、吸気ポート１２０の上流部１２１におけるシリンダ側（図１のようにシリンダ中心軸方向を鉛直に配置した場合の下方）の内面に隣接して配置されている。
【００１９】
整流板２１０の混合気流の主流が当接する上面部２１１（シリンダ側と反対側の面部）は、実質的に平面状に形成されるとともに、吸気ポート１２０の上流部１２１の内面からの距離が、混合気の流れ方向における上流側から下流側にかけて連続的に増加するように、上流部１２１の内面に対して傾斜して配置されている。なお、上面部２１１と反対側の面部には、剛性や強度を確保するための補強用のリブ等が適宜設けられる。
整流板２１０の下流側の端部は、吸気ポート１２０の長手方向と直交する方向に沿って延在するストレートなエッジ部２１２が形成されている。
このエッジ部２１２は、屈曲部１２３よりも上流側の領域において、上流部１２１の内面から離間して配置されている。
なお、整流板２１０の長さ、角度等は、適用対象となるエンジンの特性に応じて適宜設定される。
【００２０】
以下、上述した実施例の効果を、以下説明する本発明の比較例と対比して説明する。
なお、比較例において、上述した実施例と実質的に同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略する。
比較例の吸気装置は、上述した実施例におけるインシュレータ２００の整流板２１０を設けていないものである。
図３は、比較例の吸気ポートにおける空気の流れを示す模式図である。
比較例においては、吸気ポート１２０に屈曲部１２３が存在することによって、屈曲部１２３の内側のエッジ部で気流の剥離が生じ、吸気バルブ１３０の手前の流量が低下してしまう。
【００２１】
図４は、実施例の吸気ポートにおける空気の流れを示す模式図であって、バルブリフトが高い状態を示す図である。
実施例においては、整流板２１０によって偏向した主流が屈曲部１２３のエッジ部を飛び越えるため、エッジ部における気流の剥離が抑制され、吸気バルブ１３０の手前の流量が増加する。
【００２２】
図５は、実施例の吸気ポートにおける空気の流れを示す模式図であって、バルブリフトが低い状態を示す図である。
実施例でも低リフト時には、吸気ポート１２０内の流速が低下するため、屈曲部１２３のエッジ部での気流の剥離の影響は生じる。
しかし、整流板２１０が存在することによって、吸気ポート１２０の上下で気流の流速差が形成されるため、シリンダ内のタンブル強化を図ることができる。
【００２３】
以下、実施例及び比較例の試験結果について図６乃至図９を参照して説明する。
図６は、定常流試験における実施例及び比較例のバルブリフトと吸気量（質量流量）との相関を示すグラフである。
図６において、横軸は吸気バルブ１３０のリフト量を示し、縦軸は質量流量を示している。
図６に示すように、実施例においては、バルブリフトが６ｍｍ以上の高リフト領域において、比較例対比５％以上質量流量を増加させることができる。
【００２４】
図７は、定常流試験における実施例及び比較例のバルブリフトとタンブル比との相関を示すグラフである。
図７において、横軸は吸気バルブ１３０のリフト量を示し、縦軸はタンブル比を示している。
図７に示すように、実施例においては、バルブリフトが２〜６ｍｍ程度の低〜中リフト領域において、比較例に対して顕著にタンブル比を向上することができる。
実際のエンジンの運転時には、バルブリフトが低い状態と高い状態とが周期的に繰り返されることから、上述した吸気流量の増加、及び、タンブル比の向上効果がともに得られることになる。
【００２５】
図８は、実施例及び比較例におけるエンジンの回転数と全開時出力との相関を示すグラフである。
図８において、横軸はエンジン回転数を示し、縦軸は軸出力を示している。
図８に示すように、３２００ｒｐｍ以上の中〜高回転の領域において、実施例では比較例に対して軸出力が向上していることがわかる。
【００２６】
図９は、実施例及び比較例におけるエンジンの負荷率とＴＨＣ排出量との相関を示すグラフである。
図９において、横軸はエンジンの負荷率を示し、縦軸はＴＨＣ排出量を示している。
図９に示すように、実施例においては、比較例に対して全ての負荷領域においてＴＨＣ排出量が低減されており、燃焼状態が改善されていることがわかる。
【００２７】
以上説明したように、本実施例によれば、バルブリフトが高い領域では、整流板２１０によって混合気の主流が屈曲部１２３のエッジを避ける方向に偏向するため、エッジ部１２３における気流の剥離が抑制され、吸気バルブ１３０の手前での流量が増加する。
また、バルブリフトが低い領域では、整流板２１０によって吸気ポート１２０の上下で流速差が形成されるため、シリンダＣ内のタンブルを強化して燃焼を改善することができる。
これらの効果によって、出力の向上や排ガスの改善を図ることが可能である。
さらに、このような整流板２１０を有するインシュレータ２００は、既存のシリンダヘッド１００を加工することなく後付けで適用することが可能であり、生産中の機種に対しても容易に採用することができる。特に、汎用エンジンにおいては、複数機種で共通のシリンダヘッドを用いる場合があるが、このような場合であっても、シリンダヘッドに設計変更を加えることなく機種ごとに吸気性能のチューニングを行なうことが可能である。
また、整流板２１０をインシュレータ２００と一体に形成したことによって、部品点数や組立工数が増加することがない。
【００２８】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
例えば、エンジンの吸気装置を構成する各部材の形状、構造、材質、寸法、形状等は、上述した実施例に限定されず、適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１吸気装置１００シリンダヘッド
１１０燃焼室１２０吸気ポート
１２１上流部１２２下流部
１２３屈曲部１３０吸気バルブ
２００インシュレータ２０１シリンダヘッド取付面部
２０２キャブレター取付面部２０３吸気流路部
２１０整流板２１１上面部
２１２エッジ部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気をシリンダ内に導入する吸気ポートを有するシリンダヘッドと、
前記吸気ポートの入口部に接続され、前記吸気ポートに空気を導入するインシュレータと
を備えるエンジンの吸気装置であって、
前記吸気ポートは燃焼室側の端部近傍に前記燃焼室側に向きを変える屈曲部が形成され、
前記吸気ポート内において前記屈曲部よりも上流側かつシリンダ側の内周面に隣接して設けられ、前記内周面からの突出量が上流側から下流側にかけて連続的に大きくなるように前記インシュレータと一体に形成された整流板を備えること
を特徴とするエンジンの吸気装置。
【請求項２】
前記整流板における前記空気の主流側の表面が実質的に平面状に形成されること
を特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気装置。

【図１】