内燃機関のポート構造
【課題】内燃機関のポート構造において、構造の複雑化を招くことなくスムースな排気の排出を可能とする。
【解決手段】排気ポート４１の上流部を平行な２面を有する略四角断面形状とする一方、燃焼室１２から続くスロート部４１ａを円形断面形状とし、排気ポート４１の上流部とスロート部４１ａとを滑らかな面により連続させていることで、排気流の剥離を抑制して吸気流量を増加させる。
【解決手段】排気ポート４１の上流部を平行な２面を有する略四角断面形状とする一方、燃焼室１２から続くスロート部４１ａを円形断面形状とし、排気ポート４１の上流部とスロート部４１ａとを滑らかな面により連続させていることで、排気流の剥離を抑制して吸気流量を増加させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気バルブの開放時に燃焼ガスを燃焼室から排出する排気ポートに適用される内燃機関のポート構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９は、一般的な内燃機関の吸気ポート構造を表す概略図、図１０−１から図１１−２は、内燃機関の吸気ポート構造の設計思想を表す概略図、図１２は、従来の内燃機関の吸気ポート構造を表す概略図である。
【０００３】
一般的な内燃機関の吸気ポート構造において、図９に示すように、燃焼室１０１の上部に吸気ポートの下流端部が連通し、ここに吸気バルブ１０３が設けられている。従って、この吸気バルブ１０３を開閉することで、吸気ポート１０２の吸気流を燃焼室１０１に導入可能となっている。このような吸気ポート１０３の設計思想において、高タンブル比と高流量係数を両立させることが高効率なエンジン性能を得ることとなる。
【０００４】
即ち、吸気バルブ１０３が開放されたときに吸気ポート１０２の吸気流が燃焼室１０１に導入される。このとき、吸気ポート１０２の上面部側を流れる吸気流１０４は、直線的に燃焼室１０１に流れ込み、強いタンブル流１０５を形成する必要がある。一方、吸気ポート１０２の下面部側を流れる吸気流１０６は、タンブル流に干渉しないようにその壁面に沿って燃焼室１０１に流す必要がある。即ち、吸気ポート１０２のスロート部１０７は、上面部側をなだらかな曲線形状に形成することで高タンブル比が可能となり、下面部側でその屈曲角度θを大きく設定することで高流量係数が可能となる。
【０００５】
ところで、シリンダヘッドに形成された吸気ポートに対して、その下流端部に燃焼室に連通するスロート部を形成する場合、シリンダヘッドの下面からスロートカッタを用いてこのスロート部を形成する。図１０−１に示すように、お椀形状をなすスロートカッタ２０１を用い、吸気ポート２０２の軸線２０３に対して所定角度傾斜した吸気バルブの軸線２０４に沿って切削加工してスロート部２０５を形成する。また、図１０−２に示すように、山形形状をなすスロートカッタ２１１を用い、吸気ポート２１２の軸線２１３に対して所定角度傾斜した吸気バルブの軸線２１４に沿って切削加工してスロート部２１５を形成する。
【０００６】
ところが、図１０−１に示すように、お椀形状をなすスロートカッタ２０１を用いてスロート部２０５を形成すると、吸気ポート２０２におけるスロート部２０５の上面部にデッドボリュームが形成され、吸気流に乱れが生じてタンブル流が弱くなってしまう。一方、図１０−２に示すように、山形形状をなすスロートカッタ２１１を用いてスロート部２１５を形成すると、吸気ポート２１２におけるスロート部２１５の下面部の屈曲角度θが小さくなり、吸気流が壁面から剥離して流量が低下してしまう。
【０００７】
吸気ポートから燃焼室に流入する吸気の流量を増加させる方法として、吸気ポートの径を大きくすることが知られている。ところが、図１１−１に示すように、円形断面の吸気ポート３０１を太くして上方に移行すると、この吸気ポート３０２の上面部側を流れる吸気流３０３は、より下方に直線的に燃焼室に流れ込むこととなり、タンブル流の形成位置が下方となって流量が低下してしまう。また、図１１−２に示すように、円形断面の吸気ポート３１１を太くして下方に移行すると、この吸気ポート３１２の下面部の屈曲角度が小さくなり、ここを流れる吸気流３１３は壁面から剥離して流量が低下してしまう。
【０００８】
このような吸気ポートの設計思想から、最大流量を低下させずにタンブル流の強さを強くするようにした技術が、各特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された内燃機関の吸気ポート構造では、図１２に示すように、吸気ポート４０１と燃焼室４０２とを吸気バルブ４０３により開閉自在とし、この吸気ポート４０１のタンブル流側半部４０１ａを他半部４０１ｂよりも拡幅する略三角断面形状とし、吸気ポート４０１からの吸気流がタンブルを促進するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実開平０４−１３７２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、上述した特許文献１に記載された従来の内燃機関の吸気ポート構造にあっては、吸気ポート４０１が略三角断面形状であるため、円形断面形状に対して実質的に断面積が減少してしまい、燃焼室４０２に導入される流量が低下してしまう。所定の流量を確保するためには、吸気ポート４０１の幅を大きくしたり、高さを高くする必要がある。しかし、吸気ポートを形状変更すると、前述したように、吸気流の乱れを生じて流量の低下を阻止することはできない。
【００１１】
また、吸気ポート４０１は下流端部が吸気バルブ４０３により閉止可能とするため、吸気バルブ４０３の形状に合わせて円形断面形状とする必要がある。そのため、吸気ポート４０１は、三角断面形状から途中で円形断面形状にその形状を移行させなければならない。しかし、三角断面形状をなす吸気ポート４０１は他半部４０１ａが鋭角形状であるため、円形断面形状に滑らかに連続させることが困難となる。そのため、吸気ポート４０１は、三角断面形状部から円形断面形状部への接続部にねじれが生じ、角部や段差部により吸気流をスムースに流すことができず、燃焼室４０２へ流動する吸気の流量が低下してしまう。
【００１２】
本発明はこのような問題を解決するためのものであり、構造の複雑化を招くことなくスムースな排気の排出を可能とした内燃機関のポート構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決し、その目的を達成するために、本発明の内燃機関のポート構造は、燃焼室に開閉バルブを介して連通可能な内燃機関のポート構造において、排気ポートを平行な２面を有する略四角断面形状とする一方、燃焼室へのスロート部を円形断面形状とし、前記排気ポートと前記スロート部とを滑らかな面により連続させたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の内燃機関のポート構造では、前記排気ポートと前記スロート部とが、ほぼ同じ幅に形成されたことを特徴としている。
【００１５】
本発明の内燃機関のポート構造では、前記排気ポートは、高さより幅が大きく設定されたことを特徴としている。
【００１６】
本発明の内燃機関のポート構造では、前記排気ポートは、上面部及び下面部と左右側面部とを有し、少なくとも前記左右側面部の２面が平行をなし、前記上面部と左右側面部とが左右上曲面部により連続されると共に、下面部と前記左右側面部とが左右下曲面部により連続され、前記上曲面部の曲率半径は前記下曲面部の曲率半径よりも小さく設定されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の内燃機関のポート構造によれば、排気ポートを平行な２面を有する略四角断面形状とする一方、スロート部を円形断面形状とし、この排気ポートとスロート部とを滑らかな面により連続させたので、構造の複雑化を招くことなく、スムースな燃焼室からの排気の排出を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の参考例１に係る内燃機関のポート構造を吸気ポートに適用した概略断面図である。
【図２】図２は、参考例１の吸気ポートを表す概略図である。
【図３】図３は、参考例１の吸気ポートの加工方法を表す断面図である。
【図４】図４は、参考例１の吸気ポートにおけるタンブル比と流量の関係を表すグラフである。
【図５】図５は、本発明の実施例１に係る内燃機関のポート構造を排気ポートに適用した概略断面図である。
【図６】図６は、本発明の参考例２に係る内燃機関のポート構造を吸気ポートに適用した平面図である。
【図７】図７は、図６のVII−VII断面図である。
【図８】図８は、図６のVIII−VIII断面図である。
【図９】図９は、一般的な内燃機関の吸気ポート構造を表す概略図である。
【図１０−１】図１０−１は、内燃機関の吸気ポート構造の設計思想を表す概略図である。
【図１０−２】図１０−２は、内燃機関の吸気ポート構造の設計思想を表す概略図である。
【図１１−１】図１１−１は、内燃機関の吸気ポート構造の設計思想を表す概略図である。
【図１１−２】図１１−２は、内燃機関の吸気ポート構造の設計思想を表す概略図である。
【図１２】図１２は、従来の内燃機関の吸気ポート構造を表す概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、この発明に係る内燃機関のポート構造の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【参考例１】
【００２０】
図１は、本発明の参考例１に係る内燃機関のポート構造を吸気ポートに適用した概略断面図、図２は、参考例１の吸気ポートを表す概略図、図３は、参考例１の吸気ポートの加工方法を表す断面図、図４は、参考例１の吸気ポートにおけるタンブル比と流量の関係を表すグラフである。
【００２１】
参考例１では、本発明の内燃機関のポート構造を吸気ポートに適用して説明する。参考例１の内燃機関の吸気ポート構造において、図１及び図２に示すように、吸気ポート１１は、その中心線Ｃ１が燃焼室１２の中心線Ｃ２に対して所定角度傾斜するようにシリンダヘッド１３に設けられている。吸気バルブ１４は、吸気ポート１１の中心線Ｃ１に対して所定の角度をもった中心線Ｃ３に沿ってシリンダヘッド１３に軸方向移動自在に支持されている。そして、吸気ポート１１の燃焼室１２に臨む端縁部には、この吸気バルブ１４が離着座する環状のシートリング１５が圧入されている。
【００２２】
また、吸気ポート１１は、その上流部が略四角断面（長方形断面）形状をなしている。即ち、この吸気ポート１１の断面形状にて、上面部２１と下面部２２との２面が平行をなすと共に、左側面部２３と右側面部２４との２面が平行をなしている。そして、上面部２１の両端部と左右側面部２３，２４の各上端部とが左右上曲面部２５，２６により連続されると共に、下面部２２の両端部と左右側面部２３，２４の各下端部とが左右下曲面部２７，２８により連続されている。この場合、上曲面部２５，２６の曲率半径Ｒ１は下曲面部２７，２８の曲率半径Ｒ２よりも小さく設定されている。
【００２３】
一方、吸気ポート１１は、その下流部、つまりスロート部１１ａが略円形断面形状をなしている。そして、吸気ポート１１はその上流部から下流部のスロート部１１ａにかけて、四角断面形状を円形断面形状に徐々に変化させ、断面形状が滑らかなに移行するように両者が連続している。この場合、吸気ポート１１は、スロート部１１ａに対して上面部２１のラインよりも、下面部２２のラインのほうが短いため、断面の曲率半径が大きく変化するとその面がしわになり、エッジ部が形成されてしまう。本参考例では、前述したように、吸気ポート１１は、上面部２１側の上曲面部２５，２６の曲率半径Ｒ１よりも、下面部２２側の下曲面部２７，２８の曲率半径Ｒ２の方が大きく設定されている。そのため、大きな曲率半径Ｒ２の下曲面部２７，２８から円形断面への変更は容易なものとなり、吸気ポート１１は、その上流部から下流のスロート部１１ａにかけて滑らかな面で連続させることができる。
【００２４】
また、吸気ポート１１の上流部とスロート部１１ａとは、両者の幅がほぼ等しくなるように設定することが望ましい。それにより、吸気ポート１１の吸気流がこのスロート部１１ａを通ってスムースに燃焼室１２に流入させることができる。更に、この吸気ポートの上流部は、高さＨより幅Ｗのほうが大きくなるように長方形に設定することが望ましい。それにより、所定の大きさの流路断面積を確保する一方で、吸気ポート１１の上面位置を低く設定して強いタンブル流を確保することができると共に、吸気ポート１１の下面位置を高く設定して燃焼室１２へと続く壁面の屈曲角度θを大きくすることで、吸気流の剥離を抑制して吸気流量を増加させることができる。また、吸気ポート１１は、上面部２１側の上曲面部２５，２６の曲率半径Ｒ１が下面部２２側の下曲面部２７，２８の曲率半径Ｒ２より小さく設定されているため、平面領域を多く確保することができ、この点でも吸気流量を増加させてタンブルを効率よく高めることができる。
【００２５】
シートリング１５は、燃焼室１２の中央部に近い領域の内周面１６ａが吸気ポート１１の流路に沿って傾斜すると共に、燃焼室１２の外周部に近い領域の内周面１６ｂが燃焼室１２に向かって拡開するように形成されている。即ち、吸気ポート１１のスロート部１１ａからシートリング１５の内周面１６ａは滑らかに接続されており、吸気流のエネルギーロスを最小限とし、タンブル流が弱まらないように構成されている。一方、吸気ポート１１のスロート部１１ａからシートリング１５の内周面１６ｂは滑らかに接続されており、この接続部付近での吸気流の剥離を低減し、エネルギーロスが最小限となるように、その屈曲角度θが大きくなるように、所定の曲率半径Ｒ３で燃焼室１２に向かって拡開させてある。この曲率半径Ｒ３は、吸気ポート１１の代表内径をＤとすると、例えば、Ｄ／１０以上Ｄ／２以下の範囲内で設定することが好ましい。
【００２６】
このように構成された吸気ポート１１のスロート部１１ａ及びシートリング１５は、その内周面１６ａ，１６ｂが複数のテーパ加工によって近似的な曲面として形成される。以下に、その加工方法を説明する。
【００２７】
図３に示すように、第１の工程では、シートカッタ３１を吸気バルブ１４の中心線Ｃ３に沿って所定量進め、シートリング１５の内周面１６ａ，１６ｂを切削加工する。第２の工程では、スロートカッタ３２を吸気バルブ１４の中心線Ｃ３に対して吸気ポート１１の中心線Ｃ１側に所定角度α傾斜させた中心線Ｃ４に沿って所定量進め、シートリング１５の内周面１６ａ，１６ｂ及び吸気ポート１１のスロート部１１ａを加工する。
【００２８】
シートカッタ３１は、シートリング１５の内周面１６ａ，１６ｂを円錐形状に切削加工することで、内周面１６ａが燃焼室１２の中央部に向かって傾斜するように加工されると共に、内周面１６ｂが燃焼室１２の外周部に向かって屈曲角度θに拡開するように加工される。また、スロートカッタ３２は、シートリング１５の内周面１６ａ，１６ｂとスロート部１ａ，１６ｂの境界部分が滑らかに連続するように切削加工することで、内周面１６ｂが所定の曲率半径Ｒ３に加工され、この曲率半径Ｒ３は複数のテーパ加工によって近似的な曲面として形成される。
【００２９】
ここで、本参考例の内燃機関の吸気ポート構造の作用について説明する。図１に示すように、吸気バルブ１４が開弁すると、ピストンの下降動作によって燃焼室１２に負圧が生じ、吸入空気が吸気ポート１１を通り、バルブシート１５を介して燃焼室１２内に導入さ
れる。
【００３０】
本参考例では、吸気ポート１１を四角断面形状とすると共に、円形断面形状をなすスロート部１１ａと滑らかに連続させている。そのため、ポート上ラインとポート下ラインの位置を変更することなく、流路断面積を大きく確保することができ、吸気ポート１１の上面部２１近傍を流れる吸気流は、スムースに燃焼室１２に流入することとなり、強いタンブルを低下させることなく、所定流量を確保することができる。
【００３１】
また、四角断面形状をなす吸気ポート１１は、下面部２２側の曲率半径Ｒ２を大きく形成し、円形断面形状をなすスロート部１１ａに滑らかに接続させると共に、シートリング１５の内周面１６ｂを所定の屈曲角度θで、且つ、曲率半径Ｒ３で形成している。そのため、吸気ポート１１の下面部２２とスロート部１１ａとの接続部にしわが発生することはなく、吸気ポート１１の下面部２２近傍を流れる吸気流は、その壁面から剥離せずにスムースに燃焼室１２に流入することとなり、流量を増加することができる。
【００３２】
本参考例の吸気ポート構造にあっては、吸気ポート１１の四角断面形状及び斜めスロートにより高タンブル化及び高流量係数を両立して高効率な吸気ポート構造を実現できる。即ち、図４のグラフに示すように、小さい黒丸は、従来の円形断面形状を有する吸気ポートにて、ポート角度、ポート径、ポート高さなどを変えてタンブル比と流量を測定したデータであり、タンブル比が高くなると流量が低下する傾向を表している。この場合、従来は、タンブル比と流量が中間位置で両立（大きい黒丸）する吸気ポート構造を採用している。一方、本参考例の吸気ポート構造では、従来の吸気ポート構造と比べてタンブル成分のエネルギーロスが少なくなると共に、吸気の流れの剥離を抑制できるため、図４にて白丸で示すように、高タンブル流と高流量とを両立することができ、高効率な吸気ポートを実現できる。
【００３３】
このように参考例１の内燃機関の吸気ポート構造にあっては、吸気ポート１１の上流部を平行な２面を有する略四角断面形状とする一方、燃焼室１２へのスロート部１１ａを円形断面形状とし、吸気ポート１１の上流部とスロート部１１ａとを滑らかな面により連続させている。
【００３４】
従って、略四角断面形状を有する吸気ポート１１により所定の大きさの流路断面積を確保することができる。これにより、吸気ポート１１の上面部２１の近傍を流れる吸気流はスロート部１１ａを通して燃焼室１２に流入することとなり、強いタンブル流を形成することができる。また、吸気ポート１１の下面部２２の近傍を流れる吸気流はスロート部１１ａを通して燃焼室１２に流入することとなり、この壁面の屈曲角度θを大きくすることで、吸気流の剥離を抑制して吸気流量を増加させることができる。
【００３５】
燃焼室１２へ導入する吸気流量を低下させることなくタンブル流を強くすることができ、燃焼室１２での燃料と空気のミキシングが良くなり、混合気の燃焼を促進して燃焼効率を高めることができる。そして、この燃焼効率の向上により低中速トルクを向上することができ、内燃機関の出力を向上することができる。
【００３６】
また、吸気ポート１１における上面部２１と下面部２２、左右側面部２３，２４をそれぞれ平行とし、上面部２１と左右側面部２３，２４とを左右上曲面部２５，２６により連続させ、下面部２２と左右側面部２３，２４とを左右下曲面部２７，２８により連続させ、上曲面部２５，２６の曲率半径Ｒを下曲面部２７，２８の曲率半径Ｒ２よりも小さく設定している。
【００３７】
従って、吸気ポート１１の上面部２１側では、平面領域を多く確保することで、吸気流量を増加させてタンブルを効率よく高めることができ、下面部２２側では、円形断面形状のスロート部１１ａと容易に段差なく滑らかに連続させることができ、吸気流量を増加させて燃焼を改善することができる。
【００３８】
更に、吸気ポート１１のスロート部１１ａからシートリング１５にかけて、燃焼室１２側から吸気バルブ１４の中心線Ｃ３に沿ってシートカッタ３１により加工する共に、吸気バルブ１４の中心線Ｃ２に対して吸気ポート１１の中心線Ｃ１側に所定角度α傾斜させた軸線Ｃ４に沿ってスローカッタ３２により加工している。従って、シートリング１５の内周面１６ｂをなるべく大きな曲率半径Ｒ３で形成することができ、吸気ポート１１の下面部２２近傍を流れる吸気流は、その壁面から剥離せずにスムースに燃焼室１２に流入することとなり、流量を増加することができる。
【実施例１】
【００３９】
図５は、本発明の実施例１に係る内燃機関のポート構造を排気ポートに適用した概略断面図である。なお、前述した参考例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４０】
実施例１では、本発明の内燃機関のポート構造を排気ポートに適用して説明する。実施例１の内燃機関の排気ポート構造において、図５に示すように、排気ポート４１は、その中心線Ｃ５が燃焼室１２の中心線Ｃ２に対して所定角度傾斜するように設けられている。そして、排気バルブ４２は、排気ポート４１の中心線Ｃ５に対して所定の角度をもった中心線Ｃ６に沿って軸方向移動自在に支持されおり、排気ポート４１の燃焼室１２に臨む端縁部には、排気バルブ４２が離着座するシートリング４３が圧入されている。
【００４１】
この排気ポート４１は、その上流部が略四角断面形状をなしており、上面部５１と下面部５２の２面が平行をなすと共に、左側面部５３と右側面部５４の２面が平行をなしている。そして、上面部５１と左右側面部５３，５４が左右上曲面部５５，５６により連続されると共に、下面部５２と左右側面部５３，５４が左右下曲面部５７，５８により連続されている。この場合、上曲面部５５，５６の曲率半径は下曲面部５７，５８の曲率半径よりも小さく設定されている。
【００４２】
一方、排気ポート４１は、その下流部、つまりスロート部４１ａが略円形断面形状をなしている。そして、排気ポート４１はその上流部から下流部のスロート部４１ａにかけて、四角断面形状を円形断面形状に徐々に変化させ、断面形状が滑らかなに移行するように両者が連続している。
【００４３】
また、シートリング４３は、燃焼室１２の中央部に近い領域の内周面４４ａが排気ポート４１の流路に沿って傾斜すると共に、燃焼室１２の外周部に近い領域の内周面４４ｂが燃焼室１２に向かって拡開するように形成されている。即ち、この排気ポート４１のスロート部４１ａは、前述した吸気ポート１１のスロート部１１ａと同様に、シートカッタ及びスロートカッタにより切削加工される。
【００４４】
従って、排気バルブ４２が開弁すると、ピストンの上昇動作によって燃焼室１２内の燃焼ガスがバルブシート４３を介して排気ポート４１に排出される。本実施例では、排気ポート４１のスロート部４１ａにて内側の曲率半径Ｒ５が大きく設定されているため、燃焼室１２から排気ポート４１の下面部５２に流れる排気流は、スムースに燃焼室１２から排出されることと排気流量を増大させることができる。
【００４５】
このように実施例１の内燃機関の排気ポート構造にあっては、排気ポート４１の上流部を平行な２面を有する略四角断面形状とする一方、燃焼室１２から続くスロート部４１ａを円形断面形状とし、排気ポート４１の上流部とスロート部４１ａとを滑らかな面により連続させている。従って、略四角断面形状を有する排気ポート４１により所定の大きさの流路断面積を確保することができると共に、スロート部４１ａの曲率半径Ｒ５を大きく設定することができ、排気流の剥離を抑制して吸気流量を増加させることができる。
【参考例２】
【００４６】
図６は、本発明の参考例２に係る内燃機関のポート構造を吸気ポートに適用した平面図、図７は、図６のVII−VII断面図、図８は、図６のVIII−VIII断面図である。
【００４７】
参考例２では、本発明の内燃機関のポート構造を分岐型の吸気ポートに適用して説明する。参考例２の内燃機関の吸気ポート構造において、図６乃至図８に示すように、吸気ポート６１は分岐型、所謂、サイアミーズタイプのポート形状であって、１つの入口部６２に対して集合部６３が形成され、集合部６３の途中から２つに分かれて分岐部６４ａ，６４ｂが形成され、各分岐部６４ａ，６４ｂに２つのスロート部６５ａ，６５ｂが形成されている。そして、この吸気ポート６１は、その中心線Ｃ１が燃焼室６６の中心線Ｃ２に対して所定角度傾斜するようにシリンダヘッド６７に設けられている。分岐部６４ａ，６４ｂに設けられた吸気バルブ６８は、吸気ポート６１の中心線Ｃ１に対して所定の角度をもった中心線Ｃ３に沿って軸方向移動自在に支持されている。そして、吸気ポート６１における各分岐部６４ａ，６４ｂの燃焼室１２に臨む端縁部には、各吸気バルブ６８が離着座する環状のシートリング６９が圧入されている。
【００４８】
また、吸気ポート６１は、集合部６３及び分岐部６４ａ，６４ｂが略四角断面（長方形断面）形状をなしている。即ち、この吸気ポート１１の断面形状にて、集合部６３は２つの四角断面が対向する辺で一体に連続した形状であり、分岐部６４ａ，６４ｂは集合部６３の各四角断面が独立して分岐した形状となっている。その各四角断面形状は、上面部７１ａ，７１ｂと下面部７２ａ，７２ｂとの２面が平行をなすと共に、左側面部７３ａ，７３ｂと右側面部７４ａ，７４ｂとの２面が平行をなしている。そして、上面部７１ａ，７１ｂの両端部と左右側面部７３ａ，７３ｂ，７４ａ，７４ｂの各上端部とが左右上曲面部７５ａ，７５ｂ，７６ａ，７６ｂにより連続されると共に、下面部７２ａ，７２ｂの両端部と左右側面部７３ａ，７３ｂ，７４ａ，７４ｂの各下端部とが左右下曲面部７７ａ，７７ｂ，７８ａ，７８ｂにより連続されている。この場合、上曲面部７５ａ，７５ｂ，７６ａ，７６ｂの曲率半径Ｒ１は下曲面部７７ａ，７７ｂ，７８ａ，７８ｂの曲率半径Ｒ２よりも小さく設定されている。
【００４９】
そして、吸気ポート６１は、スロート部６５ａ，６５ｂが略円形断面形状をなしており、分岐部６４ａ，６４ｂからスロート部６５ａ，６５ｂにかけて、四角断面形状を円形断面形状に徐々に変化させ、断面形状が滑らかなに移行するように両者が連続している。この場合、吸気ポート６１は、上面部７１ａ，７１ｂ側の曲率半径Ｒ１よりも、下面部７２ａ，７２ｂ側の曲率半径Ｒ２の方が大きく設定されているため、四角断面から円形断面への変更は容易であり、吸気ポート６１は、分岐部６４ａ，６４ｂからスロート部６５ａ，６５ｂにかけて滑らかな面で連続させることができる。
【００５０】
一方、シートリング６９は、燃焼室６６の中央部に近い領域の内周面７０ａが吸気ポート６１の流路に沿って傾斜すると共に、燃焼室６６の外周部に近い領域の内周面７０ｂが燃焼室６６に向かって拡開するように形成されている。即ち、この吸気ポート６１のスロート部６５ａ，６５ｂ及びシートリング６９は、前述した参考例１と同様に、その内周面７０ａ，７０ｂが複数のテーパ加工によって近似的な曲面として形成されている。
【００５１】
このように参考例２の内燃機関の吸気ポート構造にあっては、吸気ポート６１を、集合部６３の途中から２つに分かれた分岐部６４ａ，６４ｂを有するものとし、分岐部６４ａ，６４ｂを平行な２面を有する略四角断面形状とする一方、スロート部６５ａ，６５ｂを円形断面形状とし、両者を滑らかな面により連続させている。
【００５２】
従って、略四角断面形状を有する吸気ポート６１により所定の大きさの流路断面積を確保することができる。これにより、吸気ポート６１の上面部７１ａ，７１ｂの近傍を流れる吸気流はスロート部６５ａ，６５ｂを通して燃焼室６６に流入することとなり、強いタンブル流を形成することができる。また、吸気ポート６１の下面部７２ａ，７２ｂの近傍を流れる吸気流はスロート部６５ａ，６５ｂを通して燃焼室１２に流入することとなり、この壁面７０ｂの屈曲角度θを大きくすることで、吸気流の剥離を抑制して吸気流量を増加させることができる。その結果、燃焼室６６へ導入する吸気流量を低下させることなくタンブル流を強くすることができ、燃焼室６６での燃料と空気のミキシングが良くなり、混合気の燃焼を促進して燃焼効率を高めることができる。そして、この燃焼効率の向上により低中速トルクを向上することができ、内燃機関の出力を向上することができる。
【００５３】
なお、上述した説明において、各ポート１１，４１，６１の上流部を略四角断面形状とし、上面部２１，５１，７１ａ，７１ｂと下面部２２，５２，７２ａ，７２ｂを平行とすると共に、左側面部２３，５３，７３ａ，７３ｂと右側面部２４，５４，７４ａ，７４ｂを平行としたが、少なくとも左側面部２３、５３，７３ａ，７３ｂと右側面部２４，５４，７４ａ，７４ｂの２面が平行であればよく、上下面部２１，２２，５１，５２７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂは平行でなくても良い。
【００５４】
また、上述した説明において、内燃機関の排気ポート構造は、内燃機関の形態に左右されるものではなく、参考例１のように、２バルブエンジンの分岐なしの各ポートに適用してもよく、参考例２のように、４バルブエンジンの二股に分岐した排気ポートに適用しても良い。また、燃料を吸気ポートに噴射するポート噴射エンジンや、燃料を直接燃焼室に噴射する筒内噴射エンジンに適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上のように、この発明に係る内燃機関のポート構造は、略四角断面形状から円形断面形状に滑らかな面により連続させるようにしたものであり、排気ポートに適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１１ 吸気ポート
１１ａ スロート部
１２ 燃焼室
１３ シリンダヘッド
１４ 吸気バルブ
１５ シートリング
１６ａ，１６ｂ 内周面
２１ 上面部
２２ 下面部
２３ 左側面部
２４ 右側面部
２５，２６ 上曲面部
２７，２８ 下曲面部
３１ シートカッタ
３２ スロートカッタ
４１ 排気ポート
４２ 排気バルブ
４３ シートリング
６１ 吸気ポート
６３ 集合部
６４ａ，６４ｂ 分岐部
６５ａ，６５ｂ スロート部
６６ 燃焼室
６７ シリンダヘッド
６８ 吸気バルブ
６９ シートリング
７０ａ，７０ｂ 内周面
７１ａ，７１ｂ 上面部
７２ａ，７２ｂ 下面部
７３ａ，７４ｂ 左側面部
７４ａ，７４ｂ 右側面部
７５ａ，７５ｂ，７６ａ，７６ｂ 上曲面部
７７ａ，７７ｂ，７８ａ，７８ｂ 下曲面部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気バルブの開放時に燃焼ガスを燃焼室から排出する排気ポートに適用される内燃機関のポート構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９は、一般的な内燃機関の吸気ポート構造を表す概略図、図１０−１から図１１−２は、内燃機関の吸気ポート構造の設計思想を表す概略図、図１２は、従来の内燃機関の吸気ポート構造を表す概略図である。
【０００３】
一般的な内燃機関の吸気ポート構造において、図９に示すように、燃焼室１０１の上部に吸気ポートの下流端部が連通し、ここに吸気バルブ１０３が設けられている。従って、この吸気バルブ１０３を開閉することで、吸気ポート１０２の吸気流を燃焼室１０１に導入可能となっている。このような吸気ポート１０３の設計思想において、高タンブル比と高流量係数を両立させることが高効率なエンジン性能を得ることとなる。
【０００４】
即ち、吸気バルブ１０３が開放されたときに吸気ポート１０２の吸気流が燃焼室１０１に導入される。このとき、吸気ポート１０２の上面部側を流れる吸気流１０４は、直線的に燃焼室１０１に流れ込み、強いタンブル流１０５を形成する必要がある。一方、吸気ポート１０２の下面部側を流れる吸気流１０６は、タンブル流に干渉しないようにその壁面に沿って燃焼室１０１に流す必要がある。即ち、吸気ポート１０２のスロート部１０７は、上面部側をなだらかな曲線形状に形成することで高タンブル比が可能となり、下面部側でその屈曲角度θを大きく設定することで高流量係数が可能となる。
【０００５】
ところで、シリンダヘッドに形成された吸気ポートに対して、その下流端部に燃焼室に連通するスロート部を形成する場合、シリンダヘッドの下面からスロートカッタを用いてこのスロート部を形成する。図１０−１に示すように、お椀形状をなすスロートカッタ２０１を用い、吸気ポート２０２の軸線２０３に対して所定角度傾斜した吸気バルブの軸線２０４に沿って切削加工してスロート部２０５を形成する。また、図１０−２に示すように、山形形状をなすスロートカッタ２１１を用い、吸気ポート２１２の軸線２１３に対して所定角度傾斜した吸気バルブの軸線２１４に沿って切削加工してスロート部２１５を形成する。
【０００６】
ところが、図１０−１に示すように、お椀形状をなすスロートカッタ２０１を用いてスロート部２０５を形成すると、吸気ポート２０２におけるスロート部２０５の上面部にデッドボリュームが形成され、吸気流に乱れが生じてタンブル流が弱くなってしまう。一方、図１０−２に示すように、山形形状をなすスロートカッタ２１１を用いてスロート部２１５を形成すると、吸気ポート２１２におけるスロート部２１５の下面部の屈曲角度θが小さくなり、吸気流が壁面から剥離して流量が低下してしまう。
【０００７】
吸気ポートから燃焼室に流入する吸気の流量を増加させる方法として、吸気ポートの径を大きくすることが知られている。ところが、図１１−１に示すように、円形断面の吸気ポート３０１を太くして上方に移行すると、この吸気ポート３０２の上面部側を流れる吸気流３０３は、より下方に直線的に燃焼室に流れ込むこととなり、タンブル流の形成位置が下方となって流量が低下してしまう。また、図１１−２に示すように、円形断面の吸気ポート３１１を太くして下方に移行すると、この吸気ポート３１２の下面部の屈曲角度が小さくなり、ここを流れる吸気流３１３は壁面から剥離して流量が低下してしまう。
【０００８】
このような吸気ポートの設計思想から、最大流量を低下させずにタンブル流の強さを強くするようにした技術が、各特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された内燃機関の吸気ポート構造では、図１２に示すように、吸気ポート４０１と燃焼室４０２とを吸気バルブ４０３により開閉自在とし、この吸気ポート４０１のタンブル流側半部４０１ａを他半部４０１ｂよりも拡幅する略三角断面形状とし、吸気ポート４０１からの吸気流がタンブルを促進するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実開平０４−１３７２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、上述した特許文献１に記載された従来の内燃機関の吸気ポート構造にあっては、吸気ポート４０１が略三角断面形状であるため、円形断面形状に対して実質的に断面積が減少してしまい、燃焼室４０２に導入される流量が低下してしまう。所定の流量を確保するためには、吸気ポート４０１の幅を大きくしたり、高さを高くする必要がある。しかし、吸気ポートを形状変更すると、前述したように、吸気流の乱れを生じて流量の低下を阻止することはできない。
【００１１】
また、吸気ポート４０１は下流端部が吸気バルブ４０３により閉止可能とするため、吸気バルブ４０３の形状に合わせて円形断面形状とする必要がある。そのため、吸気ポート４０１は、三角断面形状から途中で円形断面形状にその形状を移行させなければならない。しかし、三角断面形状をなす吸気ポート４０１は他半部４０１ａが鋭角形状であるため、円形断面形状に滑らかに連続させることが困難となる。そのため、吸気ポート４０１は、三角断面形状部から円形断面形状部への接続部にねじれが生じ、角部や段差部により吸気流をスムースに流すことができず、燃焼室４０２へ流動する吸気の流量が低下してしまう。
【００１２】
本発明はこのような問題を解決するためのものであり、構造の複雑化を招くことなくスムースな排気の排出を可能とした内燃機関のポート構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決し、その目的を達成するために、本発明の内燃機関のポート構造は、燃焼室に開閉バルブを介して連通可能な内燃機関のポート構造において、排気ポートを平行な２面を有する略四角断面形状とする一方、燃焼室へのスロート部を円形断面形状とし、前記排気ポートと前記スロート部とを滑らかな面により連続させたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の内燃機関のポート構造では、前記排気ポートと前記スロート部とが、ほぼ同じ幅に形成されたことを特徴としている。
【００１５】
本発明の内燃機関のポート構造では、前記排気ポートは、高さより幅が大きく設定されたことを特徴としている。
【００１６】
本発明の内燃機関のポート構造では、前記排気ポートは、上面部及び下面部と左右側面部とを有し、少なくとも前記左右側面部の２面が平行をなし、前記上面部と左右側面部とが左右上曲面部により連続されると共に、下面部と前記左右側面部とが左右下曲面部により連続され、前記上曲面部の曲率半径は前記下曲面部の曲率半径よりも小さく設定されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の内燃機関のポート構造によれば、排気ポートを平行な２面を有する略四角断面形状とする一方、スロート部を円形断面形状とし、この排気ポートとスロート部とを滑らかな面により連続させたので、構造の複雑化を招くことなく、スムースな燃焼室からの排気の排出を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の参考例１に係る内燃機関のポート構造を吸気ポートに適用した概略断面図である。
【図２】図２は、参考例１の吸気ポートを表す概略図である。
【図３】図３は、参考例１の吸気ポートの加工方法を表す断面図である。
【図４】図４は、参考例１の吸気ポートにおけるタンブル比と流量の関係を表すグラフである。
【図５】図５は、本発明の実施例１に係る内燃機関のポート構造を排気ポートに適用した概略断面図である。
【図６】図６は、本発明の参考例２に係る内燃機関のポート構造を吸気ポートに適用した平面図である。
【図７】図７は、図６のVII−VII断面図である。
【図８】図８は、図６のVIII−VIII断面図である。
【図９】図９は、一般的な内燃機関の吸気ポート構造を表す概略図である。
【図１０−１】図１０−１は、内燃機関の吸気ポート構造の設計思想を表す概略図である。
【図１０−２】図１０−２は、内燃機関の吸気ポート構造の設計思想を表す概略図である。
【図１１−１】図１１−１は、内燃機関の吸気ポート構造の設計思想を表す概略図である。
【図１１−２】図１１−２は、内燃機関の吸気ポート構造の設計思想を表す概略図である。
【図１２】図１２は、従来の内燃機関の吸気ポート構造を表す概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、この発明に係る内燃機関のポート構造の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【参考例１】
【００２０】
図１は、本発明の参考例１に係る内燃機関のポート構造を吸気ポートに適用した概略断面図、図２は、参考例１の吸気ポートを表す概略図、図３は、参考例１の吸気ポートの加工方法を表す断面図、図４は、参考例１の吸気ポートにおけるタンブル比と流量の関係を表すグラフである。
【００２１】
参考例１では、本発明の内燃機関のポート構造を吸気ポートに適用して説明する。参考例１の内燃機関の吸気ポート構造において、図１及び図２に示すように、吸気ポート１１は、その中心線Ｃ１が燃焼室１２の中心線Ｃ２に対して所定角度傾斜するようにシリンダヘッド１３に設けられている。吸気バルブ１４は、吸気ポート１１の中心線Ｃ１に対して所定の角度をもった中心線Ｃ３に沿ってシリンダヘッド１３に軸方向移動自在に支持されている。そして、吸気ポート１１の燃焼室１２に臨む端縁部には、この吸気バルブ１４が離着座する環状のシートリング１５が圧入されている。
【００２２】
また、吸気ポート１１は、その上流部が略四角断面（長方形断面）形状をなしている。即ち、この吸気ポート１１の断面形状にて、上面部２１と下面部２２との２面が平行をなすと共に、左側面部２３と右側面部２４との２面が平行をなしている。そして、上面部２１の両端部と左右側面部２３，２４の各上端部とが左右上曲面部２５，２６により連続されると共に、下面部２２の両端部と左右側面部２３，２４の各下端部とが左右下曲面部２７，２８により連続されている。この場合、上曲面部２５，２６の曲率半径Ｒ１は下曲面部２７，２８の曲率半径Ｒ２よりも小さく設定されている。
【００２３】
一方、吸気ポート１１は、その下流部、つまりスロート部１１ａが略円形断面形状をなしている。そして、吸気ポート１１はその上流部から下流部のスロート部１１ａにかけて、四角断面形状を円形断面形状に徐々に変化させ、断面形状が滑らかなに移行するように両者が連続している。この場合、吸気ポート１１は、スロート部１１ａに対して上面部２１のラインよりも、下面部２２のラインのほうが短いため、断面の曲率半径が大きく変化するとその面がしわになり、エッジ部が形成されてしまう。本参考例では、前述したように、吸気ポート１１は、上面部２１側の上曲面部２５，２６の曲率半径Ｒ１よりも、下面部２２側の下曲面部２７，２８の曲率半径Ｒ２の方が大きく設定されている。そのため、大きな曲率半径Ｒ２の下曲面部２７，２８から円形断面への変更は容易なものとなり、吸気ポート１１は、その上流部から下流のスロート部１１ａにかけて滑らかな面で連続させることができる。
【００２４】
また、吸気ポート１１の上流部とスロート部１１ａとは、両者の幅がほぼ等しくなるように設定することが望ましい。それにより、吸気ポート１１の吸気流がこのスロート部１１ａを通ってスムースに燃焼室１２に流入させることができる。更に、この吸気ポートの上流部は、高さＨより幅Ｗのほうが大きくなるように長方形に設定することが望ましい。それにより、所定の大きさの流路断面積を確保する一方で、吸気ポート１１の上面位置を低く設定して強いタンブル流を確保することができると共に、吸気ポート１１の下面位置を高く設定して燃焼室１２へと続く壁面の屈曲角度θを大きくすることで、吸気流の剥離を抑制して吸気流量を増加させることができる。また、吸気ポート１１は、上面部２１側の上曲面部２５，２６の曲率半径Ｒ１が下面部２２側の下曲面部２７，２８の曲率半径Ｒ２より小さく設定されているため、平面領域を多く確保することができ、この点でも吸気流量を増加させてタンブルを効率よく高めることができる。
【００２５】
シートリング１５は、燃焼室１２の中央部に近い領域の内周面１６ａが吸気ポート１１の流路に沿って傾斜すると共に、燃焼室１２の外周部に近い領域の内周面１６ｂが燃焼室１２に向かって拡開するように形成されている。即ち、吸気ポート１１のスロート部１１ａからシートリング１５の内周面１６ａは滑らかに接続されており、吸気流のエネルギーロスを最小限とし、タンブル流が弱まらないように構成されている。一方、吸気ポート１１のスロート部１１ａからシートリング１５の内周面１６ｂは滑らかに接続されており、この接続部付近での吸気流の剥離を低減し、エネルギーロスが最小限となるように、その屈曲角度θが大きくなるように、所定の曲率半径Ｒ３で燃焼室１２に向かって拡開させてある。この曲率半径Ｒ３は、吸気ポート１１の代表内径をＤとすると、例えば、Ｄ／１０以上Ｄ／２以下の範囲内で設定することが好ましい。
【００２６】
このように構成された吸気ポート１１のスロート部１１ａ及びシートリング１５は、その内周面１６ａ，１６ｂが複数のテーパ加工によって近似的な曲面として形成される。以下に、その加工方法を説明する。
【００２７】
図３に示すように、第１の工程では、シートカッタ３１を吸気バルブ１４の中心線Ｃ３に沿って所定量進め、シートリング１５の内周面１６ａ，１６ｂを切削加工する。第２の工程では、スロートカッタ３２を吸気バルブ１４の中心線Ｃ３に対して吸気ポート１１の中心線Ｃ１側に所定角度α傾斜させた中心線Ｃ４に沿って所定量進め、シートリング１５の内周面１６ａ，１６ｂ及び吸気ポート１１のスロート部１１ａを加工する。
【００２８】
シートカッタ３１は、シートリング１５の内周面１６ａ，１６ｂを円錐形状に切削加工することで、内周面１６ａが燃焼室１２の中央部に向かって傾斜するように加工されると共に、内周面１６ｂが燃焼室１２の外周部に向かって屈曲角度θに拡開するように加工される。また、スロートカッタ３２は、シートリング１５の内周面１６ａ，１６ｂとスロート部１ａ，１６ｂの境界部分が滑らかに連続するように切削加工することで、内周面１６ｂが所定の曲率半径Ｒ３に加工され、この曲率半径Ｒ３は複数のテーパ加工によって近似的な曲面として形成される。
【００２９】
ここで、本参考例の内燃機関の吸気ポート構造の作用について説明する。図１に示すように、吸気バルブ１４が開弁すると、ピストンの下降動作によって燃焼室１２に負圧が生じ、吸入空気が吸気ポート１１を通り、バルブシート１５を介して燃焼室１２内に導入さ
れる。
【００３０】
本参考例では、吸気ポート１１を四角断面形状とすると共に、円形断面形状をなすスロート部１１ａと滑らかに連続させている。そのため、ポート上ラインとポート下ラインの位置を変更することなく、流路断面積を大きく確保することができ、吸気ポート１１の上面部２１近傍を流れる吸気流は、スムースに燃焼室１２に流入することとなり、強いタンブルを低下させることなく、所定流量を確保することができる。
【００３１】
また、四角断面形状をなす吸気ポート１１は、下面部２２側の曲率半径Ｒ２を大きく形成し、円形断面形状をなすスロート部１１ａに滑らかに接続させると共に、シートリング１５の内周面１６ｂを所定の屈曲角度θで、且つ、曲率半径Ｒ３で形成している。そのため、吸気ポート１１の下面部２２とスロート部１１ａとの接続部にしわが発生することはなく、吸気ポート１１の下面部２２近傍を流れる吸気流は、その壁面から剥離せずにスムースに燃焼室１２に流入することとなり、流量を増加することができる。
【００３２】
本参考例の吸気ポート構造にあっては、吸気ポート１１の四角断面形状及び斜めスロートにより高タンブル化及び高流量係数を両立して高効率な吸気ポート構造を実現できる。即ち、図４のグラフに示すように、小さい黒丸は、従来の円形断面形状を有する吸気ポートにて、ポート角度、ポート径、ポート高さなどを変えてタンブル比と流量を測定したデータであり、タンブル比が高くなると流量が低下する傾向を表している。この場合、従来は、タンブル比と流量が中間位置で両立（大きい黒丸）する吸気ポート構造を採用している。一方、本参考例の吸気ポート構造では、従来の吸気ポート構造と比べてタンブル成分のエネルギーロスが少なくなると共に、吸気の流れの剥離を抑制できるため、図４にて白丸で示すように、高タンブル流と高流量とを両立することができ、高効率な吸気ポートを実現できる。
【００３３】
このように参考例１の内燃機関の吸気ポート構造にあっては、吸気ポート１１の上流部を平行な２面を有する略四角断面形状とする一方、燃焼室１２へのスロート部１１ａを円形断面形状とし、吸気ポート１１の上流部とスロート部１１ａとを滑らかな面により連続させている。
【００３４】
従って、略四角断面形状を有する吸気ポート１１により所定の大きさの流路断面積を確保することができる。これにより、吸気ポート１１の上面部２１の近傍を流れる吸気流はスロート部１１ａを通して燃焼室１２に流入することとなり、強いタンブル流を形成することができる。また、吸気ポート１１の下面部２２の近傍を流れる吸気流はスロート部１１ａを通して燃焼室１２に流入することとなり、この壁面の屈曲角度θを大きくすることで、吸気流の剥離を抑制して吸気流量を増加させることができる。
【００３５】
燃焼室１２へ導入する吸気流量を低下させることなくタンブル流を強くすることができ、燃焼室１２での燃料と空気のミキシングが良くなり、混合気の燃焼を促進して燃焼効率を高めることができる。そして、この燃焼効率の向上により低中速トルクを向上することができ、内燃機関の出力を向上することができる。
【００３６】
また、吸気ポート１１における上面部２１と下面部２２、左右側面部２３，２４をそれぞれ平行とし、上面部２１と左右側面部２３，２４とを左右上曲面部２５，２６により連続させ、下面部２２と左右側面部２３，２４とを左右下曲面部２７，２８により連続させ、上曲面部２５，２６の曲率半径Ｒを下曲面部２７，２８の曲率半径Ｒ２よりも小さく設定している。
【００３７】
従って、吸気ポート１１の上面部２１側では、平面領域を多く確保することで、吸気流量を増加させてタンブルを効率よく高めることができ、下面部２２側では、円形断面形状のスロート部１１ａと容易に段差なく滑らかに連続させることができ、吸気流量を増加させて燃焼を改善することができる。
【００３８】
更に、吸気ポート１１のスロート部１１ａからシートリング１５にかけて、燃焼室１２側から吸気バルブ１４の中心線Ｃ３に沿ってシートカッタ３１により加工する共に、吸気バルブ１４の中心線Ｃ２に対して吸気ポート１１の中心線Ｃ１側に所定角度α傾斜させた軸線Ｃ４に沿ってスローカッタ３２により加工している。従って、シートリング１５の内周面１６ｂをなるべく大きな曲率半径Ｒ３で形成することができ、吸気ポート１１の下面部２２近傍を流れる吸気流は、その壁面から剥離せずにスムースに燃焼室１２に流入することとなり、流量を増加することができる。
【実施例１】
【００３９】
図５は、本発明の実施例１に係る内燃機関のポート構造を排気ポートに適用した概略断面図である。なお、前述した参考例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４０】
実施例１では、本発明の内燃機関のポート構造を排気ポートに適用して説明する。実施例１の内燃機関の排気ポート構造において、図５に示すように、排気ポート４１は、その中心線Ｃ５が燃焼室１２の中心線Ｃ２に対して所定角度傾斜するように設けられている。そして、排気バルブ４２は、排気ポート４１の中心線Ｃ５に対して所定の角度をもった中心線Ｃ６に沿って軸方向移動自在に支持されおり、排気ポート４１の燃焼室１２に臨む端縁部には、排気バルブ４２が離着座するシートリング４３が圧入されている。
【００４１】
この排気ポート４１は、その上流部が略四角断面形状をなしており、上面部５１と下面部５２の２面が平行をなすと共に、左側面部５３と右側面部５４の２面が平行をなしている。そして、上面部５１と左右側面部５３，５４が左右上曲面部５５，５６により連続されると共に、下面部５２と左右側面部５３，５４が左右下曲面部５７，５８により連続されている。この場合、上曲面部５５，５６の曲率半径は下曲面部５７，５８の曲率半径よりも小さく設定されている。
【００４２】
一方、排気ポート４１は、その下流部、つまりスロート部４１ａが略円形断面形状をなしている。そして、排気ポート４１はその上流部から下流部のスロート部４１ａにかけて、四角断面形状を円形断面形状に徐々に変化させ、断面形状が滑らかなに移行するように両者が連続している。
【００４３】
また、シートリング４３は、燃焼室１２の中央部に近い領域の内周面４４ａが排気ポート４１の流路に沿って傾斜すると共に、燃焼室１２の外周部に近い領域の内周面４４ｂが燃焼室１２に向かって拡開するように形成されている。即ち、この排気ポート４１のスロート部４１ａは、前述した吸気ポート１１のスロート部１１ａと同様に、シートカッタ及びスロートカッタにより切削加工される。
【００４４】
従って、排気バルブ４２が開弁すると、ピストンの上昇動作によって燃焼室１２内の燃焼ガスがバルブシート４３を介して排気ポート４１に排出される。本実施例では、排気ポート４１のスロート部４１ａにて内側の曲率半径Ｒ５が大きく設定されているため、燃焼室１２から排気ポート４１の下面部５２に流れる排気流は、スムースに燃焼室１２から排出されることと排気流量を増大させることができる。
【００４５】
このように実施例１の内燃機関の排気ポート構造にあっては、排気ポート４１の上流部を平行な２面を有する略四角断面形状とする一方、燃焼室１２から続くスロート部４１ａを円形断面形状とし、排気ポート４１の上流部とスロート部４１ａとを滑らかな面により連続させている。従って、略四角断面形状を有する排気ポート４１により所定の大きさの流路断面積を確保することができると共に、スロート部４１ａの曲率半径Ｒ５を大きく設定することができ、排気流の剥離を抑制して吸気流量を増加させることができる。
【参考例２】
【００４６】
図６は、本発明の参考例２に係る内燃機関のポート構造を吸気ポートに適用した平面図、図７は、図６のVII−VII断面図、図８は、図６のVIII−VIII断面図である。
【００４７】
参考例２では、本発明の内燃機関のポート構造を分岐型の吸気ポートに適用して説明する。参考例２の内燃機関の吸気ポート構造において、図６乃至図８に示すように、吸気ポート６１は分岐型、所謂、サイアミーズタイプのポート形状であって、１つの入口部６２に対して集合部６３が形成され、集合部６３の途中から２つに分かれて分岐部６４ａ，６４ｂが形成され、各分岐部６４ａ，６４ｂに２つのスロート部６５ａ，６５ｂが形成されている。そして、この吸気ポート６１は、その中心線Ｃ１が燃焼室６６の中心線Ｃ２に対して所定角度傾斜するようにシリンダヘッド６７に設けられている。分岐部６４ａ，６４ｂに設けられた吸気バルブ６８は、吸気ポート６１の中心線Ｃ１に対して所定の角度をもった中心線Ｃ３に沿って軸方向移動自在に支持されている。そして、吸気ポート６１における各分岐部６４ａ，６４ｂの燃焼室１２に臨む端縁部には、各吸気バルブ６８が離着座する環状のシートリング６９が圧入されている。
【００４８】
また、吸気ポート６１は、集合部６３及び分岐部６４ａ，６４ｂが略四角断面（長方形断面）形状をなしている。即ち、この吸気ポート１１の断面形状にて、集合部６３は２つの四角断面が対向する辺で一体に連続した形状であり、分岐部６４ａ，６４ｂは集合部６３の各四角断面が独立して分岐した形状となっている。その各四角断面形状は、上面部７１ａ，７１ｂと下面部７２ａ，７２ｂとの２面が平行をなすと共に、左側面部７３ａ，７３ｂと右側面部７４ａ，７４ｂとの２面が平行をなしている。そして、上面部７１ａ，７１ｂの両端部と左右側面部７３ａ，７３ｂ，７４ａ，７４ｂの各上端部とが左右上曲面部７５ａ，７５ｂ，７６ａ，７６ｂにより連続されると共に、下面部７２ａ，７２ｂの両端部と左右側面部７３ａ，７３ｂ，７４ａ，７４ｂの各下端部とが左右下曲面部７７ａ，７７ｂ，７８ａ，７８ｂにより連続されている。この場合、上曲面部７５ａ，７５ｂ，７６ａ，７６ｂの曲率半径Ｒ１は下曲面部７７ａ，７７ｂ，７８ａ，７８ｂの曲率半径Ｒ２よりも小さく設定されている。
【００４９】
そして、吸気ポート６１は、スロート部６５ａ，６５ｂが略円形断面形状をなしており、分岐部６４ａ，６４ｂからスロート部６５ａ，６５ｂにかけて、四角断面形状を円形断面形状に徐々に変化させ、断面形状が滑らかなに移行するように両者が連続している。この場合、吸気ポート６１は、上面部７１ａ，７１ｂ側の曲率半径Ｒ１よりも、下面部７２ａ，７２ｂ側の曲率半径Ｒ２の方が大きく設定されているため、四角断面から円形断面への変更は容易であり、吸気ポート６１は、分岐部６４ａ，６４ｂからスロート部６５ａ，６５ｂにかけて滑らかな面で連続させることができる。
【００５０】
一方、シートリング６９は、燃焼室６６の中央部に近い領域の内周面７０ａが吸気ポート６１の流路に沿って傾斜すると共に、燃焼室６６の外周部に近い領域の内周面７０ｂが燃焼室６６に向かって拡開するように形成されている。即ち、この吸気ポート６１のスロート部６５ａ，６５ｂ及びシートリング６９は、前述した参考例１と同様に、その内周面７０ａ，７０ｂが複数のテーパ加工によって近似的な曲面として形成されている。
【００５１】
このように参考例２の内燃機関の吸気ポート構造にあっては、吸気ポート６１を、集合部６３の途中から２つに分かれた分岐部６４ａ，６４ｂを有するものとし、分岐部６４ａ，６４ｂを平行な２面を有する略四角断面形状とする一方、スロート部６５ａ，６５ｂを円形断面形状とし、両者を滑らかな面により連続させている。
【００５２】
従って、略四角断面形状を有する吸気ポート６１により所定の大きさの流路断面積を確保することができる。これにより、吸気ポート６１の上面部７１ａ，７１ｂの近傍を流れる吸気流はスロート部６５ａ，６５ｂを通して燃焼室６６に流入することとなり、強いタンブル流を形成することができる。また、吸気ポート６１の下面部７２ａ，７２ｂの近傍を流れる吸気流はスロート部６５ａ，６５ｂを通して燃焼室１２に流入することとなり、この壁面７０ｂの屈曲角度θを大きくすることで、吸気流の剥離を抑制して吸気流量を増加させることができる。その結果、燃焼室６６へ導入する吸気流量を低下させることなくタンブル流を強くすることができ、燃焼室６６での燃料と空気のミキシングが良くなり、混合気の燃焼を促進して燃焼効率を高めることができる。そして、この燃焼効率の向上により低中速トルクを向上することができ、内燃機関の出力を向上することができる。
【００５３】
なお、上述した説明において、各ポート１１，４１，６１の上流部を略四角断面形状とし、上面部２１，５１，７１ａ，７１ｂと下面部２２，５２，７２ａ，７２ｂを平行とすると共に、左側面部２３，５３，７３ａ，７３ｂと右側面部２４，５４，７４ａ，７４ｂを平行としたが、少なくとも左側面部２３、５３，７３ａ，７３ｂと右側面部２４，５４，７４ａ，７４ｂの２面が平行であればよく、上下面部２１，２２，５１，５２７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂは平行でなくても良い。
【００５４】
また、上述した説明において、内燃機関の排気ポート構造は、内燃機関の形態に左右されるものではなく、参考例１のように、２バルブエンジンの分岐なしの各ポートに適用してもよく、参考例２のように、４バルブエンジンの二股に分岐した排気ポートに適用しても良い。また、燃料を吸気ポートに噴射するポート噴射エンジンや、燃料を直接燃焼室に噴射する筒内噴射エンジンに適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上のように、この発明に係る内燃機関のポート構造は、略四角断面形状から円形断面形状に滑らかな面により連続させるようにしたものであり、排気ポートに適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１１ 吸気ポート
１１ａ スロート部
１２ 燃焼室
１３ シリンダヘッド
１４ 吸気バルブ
１５ シートリング
１６ａ，１６ｂ 内周面
２１ 上面部
２２ 下面部
２３ 左側面部
２４ 右側面部
２５，２６ 上曲面部
２７，２８ 下曲面部
３１ シートカッタ
３２ スロートカッタ
４１ 排気ポート
４２ 排気バルブ
４３ シートリング
６１ 吸気ポート
６３ 集合部
６４ａ，６４ｂ 分岐部
６５ａ，６５ｂ スロート部
６６ 燃焼室
６７ シリンダヘッド
６８ 吸気バルブ
６９ シートリング
７０ａ，７０ｂ 内周面
７１ａ，７１ｂ 上面部
７２ａ，７２ｂ 下面部
７３ａ，７４ｂ 左側面部
７４ａ，７４ｂ 右側面部
７５ａ，７５ｂ，７６ａ，７６ｂ 上曲面部
７７ａ，７７ｂ，７８ａ，７８ｂ 下曲面部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に開閉バルブを介して連通可能な内燃機関のポート構造において、排気ポートを平行な２面を有する略四角断面形状とする一方、燃焼室へのスロート部を円形断面形状とし、前記排気ポートと前記スロート部とを滑らかな面により連続させたことを特徴とする内燃機関のポート構造。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関のポート構造において、前記排気ポートと前記スロート部とが、ほぼ同じ幅に形成されたことを特徴とする内燃機関のポート構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関のポート構造において、前記排気ポートは、高さより幅が大きく設定されたことを特徴とする内燃機関のポート構造。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関のポート構造において、前記排気ポートは、上面部及び下面部と左右側面部とを有し、少なくとも前記左右側面部の２面が平行をなし、前記上面部と左右側面部とが左右上曲面部により連続されると共に、下面部と前記左右側面部とが左右下曲面部により連続され、前記上曲面部の曲率半径は前記下曲面部の曲率半径よりも小さく設定されたことを特徴とする内燃機関のポート構造。
【請求項１】
燃焼室に開閉バルブを介して連通可能な内燃機関のポート構造において、排気ポートを平行な２面を有する略四角断面形状とする一方、燃焼室へのスロート部を円形断面形状とし、前記排気ポートと前記スロート部とを滑らかな面により連続させたことを特徴とする内燃機関のポート構造。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関のポート構造において、前記排気ポートと前記スロート部とが、ほぼ同じ幅に形成されたことを特徴とする内燃機関のポート構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関のポート構造において、前記排気ポートは、高さより幅が大きく設定されたことを特徴とする内燃機関のポート構造。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関のポート構造において、前記排気ポートは、上面部及び下面部と左右側面部とを有し、少なくとも前記左右側面部の２面が平行をなし、前記上面部と左右側面部とが左右上曲面部により連続されると共に、下面部と前記左右側面部とが左右下曲面部により連続され、前記上曲面部の曲率半径は前記下曲面部の曲率半径よりも小さく設定されたことを特徴とする内燃機関のポート構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０−１】
【図１０−２】
【図１１−１】
【図１１−２】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０−１】
【図１０−２】
【図１１−１】
【図１１−２】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２４７２７０（Ｐ２０１１−２４７２７０Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７６２２２（Ｐ２０１１−１７６２２２）
【出願日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【分割の表示】特願２００８−２３６３０８（Ｐ２００８−２３６３０８）の分割
【原出願日】平成１６年１月１３日（２００４．１．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【分割の表示】特願２００８−２３６３０８（Ｐ２００８−２３６３０８）の分割
【原出願日】平成１６年１月１３日（２００４．１．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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