説明

内燃機関の吸気ポート

【課題】タンブル流を強化しつつ、ポート壁面への燃料付着を好適に抑制することのできる内燃機関の吸気ポートを提供する。
【解決手段】ポート噴射用インジェクターの取付部2を有するとともに、ポート出口1近傍にて2分岐された内燃機関の吸気ポートにおいて、2つに分岐されたポート出口1のそれぞれにおけるポート下壁面3を内側に膨出することで、ポート下側の吸気の流速を高めるようにした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ポート噴射用インジェクターの取付部を有するとともに、ポート出口近傍にて2分岐された内燃機関の吸気ポートに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、吸気ポート形状により、シリンダー内で発生するタンブル流を強化する技術が数多く提案されている。例えば特許文献1には、吸気ポートの曲げ外半部の断面積を大きくし、吸気流を円滑に流すことでタンブル流を強化させることが記載されている。また特許文献2〜4には、バルブガイド取付部の上流のポート上壁面をポート軸線に対して下向きに傾けることで、タンブル流を強化することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平08−014102号公報
【特許文献2】特開平11−148363号公報
【特許文献3】特開平09−303199号公報
【特許文献4】特開2010−174702号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
これら従来の吸気ポートによれば、タンブル流を強化することは確かに可能ではある。しかしながら、ポート噴射用インジェクターの取付部を吸気ポートに設け、ポート噴射を実施する場合に、噴射された燃料がポート下壁面に付着して、エミッションが悪化する虞がある。
【0005】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、タンブル流を強化しつつ、ポート壁面への燃料付着を好適に抑制することのできる内燃機関の吸気ポートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するため、ポート噴射用インジェクターの取付部を有するとともに、ポート出口近傍にて2分岐された内燃機関の吸気ポートとしての請求項1に記載の発明は、2つに分岐されたポート出口のそれぞれにおけるポート下壁面を内側に膨出させるようにしている。
【0007】
上記構成では、2つに分岐されたポート出口のそれぞれにおけるポート下壁面が、分岐したポートにより挟まれる内側に、すなわち2つに分岐する分岐点からつながる内側に膨出されている。こうした構成では、膨出されたポート下壁面内側の抵抗が抑えられて、その部分の吸気流が強化される。そのため、スワール流が抑えられて、タンブル流が強化される。またポート下壁面の吸気流が強化されたことで、燃料の付着が抑制されるようにもなる。したがって上記構成によれば、タンブル流を強化しつつ、ポート壁面への燃料付着を好適に抑制することができる。
【0008】
また上記課題を解決するため、ポート噴射用インジェクターの取付部を有するとともに、ポート出口近傍にて2分岐された内燃機関の吸気ポートとしての請求項2に記載の発明は、2つに分岐されたポート出口のそれぞれにおけるポート軸線に直交する断面のポート下壁面の内側の曲率半径を他の部分の曲率半径に比して小さくするようにしている。
【0009】
上記構成では、膨出されたポート下壁面内側の抵抗が抑えられて、その部分の吸気流が強化される。そのため、スワール流が抑えられて、タンブル流が強化される。またポート下壁面の吸気流が強化されたことで、燃料の付着が抑制されるようにもなる。したがって上記構成によれば、タンブル流を強化しつつ、ポート壁面への燃料付着を好適に抑制することができる。
【0010】
更に上記課題を解決するため、ポート噴射用インジェクターの取付部を有するとともに、ポート出口近傍にて2分岐された内燃機関の吸気ポートとしての請求項3に記載の発明は、ポート形状をポート中子によって形成するとともに、ポート出口近傍を加工によって形成し、ポート中子によって形成された部分と加工によって形成された部分とのポート下壁面における境界線を、ポート内側においてのみポート出口側に近付くように形成している。
【0011】
上記のように吸気ポートを形成すれば、2つに分岐されたポート出口のそれぞれにおけるポート下壁面が内側に膨出されるようになり、その膨出されたポート下壁面内側の抵抗が抑えられて、その部分の吸気流が強化される。そのため、スワール流が抑えられて、タンブル流が強化される。またポート下壁面の吸気流が強化されたことで、燃料の付着が抑制されるようにもなる。したがって上記構成によれば、タンブル流を強化しつつ、ポート壁面への燃料付着を好適に抑制することができる。
【0012】
またこうした内燃機関の吸気ポートにおいて、請求項4によるように、バルブガイド圧入部の上流におけるポート上壁面を、ポート軸線に対して下向きに傾けるようにすれば、ポート上側の吸気流に剥離が生じるようになり、その分、ポート下側の吸気流が強化されるようになる。そのため、燃料付着の更なる抑制と、タンブル流の更なる強化がなされるようになる。
【0013】
更に、こうした内燃機関の吸気ポートにおいて、請求項5によるように、バルブガイド圧入部の端面を、バルブガイドの先端面に対して角度をもったエッジ形状とするとともに、前記バルブガイドの先端をポート内に突き出すようにしても、ポート上側の吸気流に剥離が生じるようになり、その分、ポート下側の吸気流が強化されるようになる。そのため、燃料付着の更なる抑制と、タンブル流の更なる強化がなされるようになる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の一実施の形態に係る内燃機関の吸気ポートの(A)側面図及び(B)背面図。
【図2】(A)〜(C)図1(A)のA線、B線及びC線に沿った吸気ポートの断面構造をそれぞれ示す断面図。
【図3】(A)従来の吸気ポートの及び(B)同実施の形態の吸気ポートのそれぞれにおけるポート中子による形成される部分と加工により形成される部分とのポート下壁面の境界線を示す図。
【図4】同実施の形態の吸気ポートのポート出口付近の側部断面構造を示す断面図。
【図5】同実施の形態の吸気ポートの吸気の流れを示す図。
【図6】同実施の形態及び従来形状の各吸気ポートにおけるタンブル流の強さと流量係数との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の内燃機関の吸気ポートを具体化した一実施の形態を、図1〜図6を参照して詳細に説明する。
図1に示すように、本実施の形態の吸気ポートは、ポート噴射用インジェクターの取付部2を有するとともに、内燃機関の燃焼室に接続されるポート出口1の近傍にて2分岐されている。こうした吸気ポートのポート形状は、ポート出口1の付近を除き、ポート中子によって形成されている。またこうした吸気ポートのポート出口1の近傍は、スロートカッターによる機械加工によって形成されている。
【0016】
図1(A)のA線、B線及びC線に沿った吸気ポートの断面形状を、図2(A)〜(C)にそれぞれ示す。これらの図に示されるように、この吸気ポートでは、2つに分岐されたポート出口1のそれぞれにおけるポート下壁面3が、分岐したポートにより挟まれる内側に、すなわち2つに分岐する分岐点からつながる内側に膨出されている。そしてこれにより、2つに分岐されたポート出口1のそれぞれにおけるポート軸線Lに直交した断面において、ポート下壁面3の内側の曲率半径rが他の部分の曲率半径に比して小さくされている。
【0017】
従来の吸気ポート、及び本実施の形態の吸気ポートのそれぞれにおけるポート中子によって形成された部分とスロートカッターによって形成された部分との境界線Bの形成態様を図3(A)、(B)に示す。同図(A)に示すように、従来の吸気ポートでは、スロートカッターにより剥離高さを稼ぐことが可能ではあるが、ピーク値を示すのは、中央の一部のみとなる。そのため、吸気の流れが、吸気ポートの内側及び外側に逃げてしまう。ここで内側の流れは、タンブル流の強化に貢献するが、外側の流れは、シンリンダーのボア壁に沿って流れることからスワール流の形成に貢献してしまい、吸気の流動エネルギーをタンブル流の強化に有効に使えなようになる。
【0018】
一方、同図(B)に示すように、本実施の形態の吸気ポートでは、ポート中子によって形成された部分とスロートカッターによって形成された部分との境界線Bが、ポート内側においてのみポート出口1側に近付くように形成されている。こうした本実施の形態の吸気ポートでは、剥離高さのピーク値が吸気ポートの外側となり、ボア壁面への流れを低減させることができる。そのため、吸気の流動エネルギーがタンブル流の強化に有効に使用されるようになる。またポート下壁面3の吸気の流速が向上されるため、ポート壁面への燃料付着も、すなわちポートウェットが低減されるようにもなる。
【0019】
また図4に示すように、本実施の形態の吸気ポートでは、バルブガイド4が圧入により取り付けられるバルブガイド圧入部5の上流におけるポート上壁面6が、ポート軸線Lに対して下向きに傾けられている。更に、本実施の形態の吸気ポートでは、バルブガイド圧入部5の端面5Aを、バルブガイド4の先端面4Aに対して角度をもったエッジ形状とするとともに、バルブガイド4の先端をポート内に突き出すようにしている。
【0020】
次にこうした本実施の形態に係る内燃機関の吸気ポートの作用について説明する。図5に示すように、本実施の形態の吸気ポートでは、バルブガイド圧入部5の端面5Aがバルブガイド4の先端面4Aに対して角度をもったエッジ形状とされていること、及びバルブガイド4の先端がポート内に突き出されていることから、バルブガイド圧入部5において吸気の流れがポート上壁面6から剥離するようになる。これに加え、バルブガイド圧入部5の上流におけるポート上壁面6が、ポート軸線Lに対して下向きに傾けられていることから、この吸気ポートでは、ポート下側の吸気の流速が高くなる。そしてポート下側の吸気の流速の高まりに応じては、タンブル流が強められるようになる。
【0021】
一方、図6に示すように、一般には、タンブル流を強めると、実際に流れた流量と理論流量との比である流量係数Cfは増加する傾向があるが、本実施の形態の吸気ポートでは、タンブル流を強めながらも、流量係数Cfが減少されるようになっている。
【0022】
以上の本実施の形態の内燃機関の吸気ポートによれば、以下の効果を奏することができる。
(1)本実施の形態では、2つに分岐されたポート出口1のそれぞれにおけるポート下壁面3が内側に膨出されている。すなわち、2つに分岐されたポート出口1のそれぞれにおけるポート軸線Lに直交した断面において、ポート下壁面3の内側の曲率半径rが他の部分の曲率半径に比して小さくされている。またポート中子によって形成された部分と加工によって形成された部分とのポート下壁面3における境界線Bが、ポート内側においてのみポート出口1側に近付くように形成されている。そのため、剥離高さのピーク値が吸気ポートの外側となり、ボア壁面への流れが低減されるため、吸気の流動エネルギーがタンブル流の強化に有効に使用されるようになる。また燃料が付着し易いポート下側の吸気の流速が高まるため、ポート壁面への燃料付着が抑制されるようにもなる。したがって本実施の形態によれば、タンブル流を強化しつつ、ポート壁面への燃料付着を好適に抑制することができる。
【0023】
(2)本実施の形態では、バルブガイド圧入部5の上流におけるポート上壁面6を、ポート軸線Lに対して下向きに傾けるようにしている。そのため、ポート上側の吸気流に剥離が生じるようになり、その分、ポート下側の吸気流が強化されるようになる。したがって、本実施の形態によれば、燃料付着の更なる抑制と、タンブル流の更なる強化がなされるようになる。
【0024】
(3)本実施の形態では、バルブガイド圧入部5の端面5Aを、バルブガイド4の先端面4Aに対して角度をもったエッジ形状とするとともに、バルブガイド4の先端をポート内に突き出すようにしている。そのため、ポート上側の吸気流に剥離が生じるようになり、その分、ポート下側の吸気流が強化されるようになる。したがって、本実施の形態によれば、燃料付着の更なる抑制と、タンブル流の更なる強化がなされるようになる。
【0025】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、バルブガイド圧入部5の端面5Aを、バルブガイド4の先端面4Aに対して角度をもったエッジ形状とするとともに、バルブガイド4の先端をポート内に突き出すようにしていた。もっとも、そうした構造とせずとも、十分なタンブル流の強化が可能であれば、そうした構造を割愛するようにしても良い。
【0026】
・上記実施の形態では、バルブガイド圧入部5の上流におけるポート上壁面を、ポート軸線Lに対して下向きに傾けるようにしていた。もっとも、そうした構造とせずとも、十分なタンブル流の強化が可能であれば、そうした構造を割愛するようにしても良い。
【符号の説明】
【0027】
B…境界線、L…ポート軸線、r…曲率半径、1…ポート出口、2…取付部、3…ポート下壁面、4…バルブガイド、4A…先端面、5…バルブガイド圧入部、5A…端面、6…ポート上壁面。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポート噴射用インジェクターの取付部を有するとともに、ポート出口近傍にて2分岐された内燃機関の吸気ポートにおいて、
2つに分岐された前記ポート出口のそれぞれにおけるポート下壁面が内側に膨出されてなる
ことを特徴とする内燃機関の吸気ポート。
【請求項2】
ポート噴射用インジェクターの取付部を有するとともに、ポート出口近傍にて2分岐された内燃機関の吸気ポートにおいて、
2つに分岐された前記ポート出口のそれぞれにおけるポート軸線に直交する断面のポート下壁面の内側の曲率半径が他の部分の曲率半径に比して小さくされてなる
ことを特徴とする内燃機関の吸気ポート。
【請求項3】
ポート噴射用インジェクターの取付部を有するとともに、ポート出口近傍にて2分岐された内燃機関の吸気ポートにおいて、
ポート形状をポート中子によって形成するとともに、ポート出口近傍を加工によって形成し、前記ポート中子によって形成された部分と前記加工によって形成された部分とのポート下壁面における境界線が、ポート内側においてのみポート出口側に近付くように形成されてなる
ことを特徴とする内燃機関の吸気ポート。
【請求項4】
当該吸気ポートにはバルブガイドが圧入により取り付けられ、バルブガイド圧入部の上流におけるポート上壁面を、ポート軸線に対して下向きに傾けた
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関の吸気ポート。
【請求項5】
当該吸気ポートにはバルブガイドが圧入により取り付けられ、バルブガイド圧入部の端面を、バルブガイドの先端面に対して角度をもったエッジ形状とするとともに、前記バルブガイドの先端をポート内に突き出すようにした
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の内燃機関の吸気ポート。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2013−11229(P2013−11229A)
【公開日】平成25年1月17日(2013.1.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−144335(P2011−144335)
【出願日】平成23年6月29日(2011.6.29)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】