JP2000064843A - 内燃機関の吸気ポート形状 - Google Patents
内燃機関の吸気ポート形状Info
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Abstract
する一部の吸気流を抑制し、かつ、流量係数の悪化を抑
えながら、強いスワールを発生させることを課題として
いる。 【解決手段】 シリンダヘッド1の吸気ポート出口部に
バルブシート支持用の環状段面14を形成し、その内周
縁形状は、バルブシート4の内周縁4aの形状を基準円
周とし、径方向の吸気ポート入口側部分に、弁軸11側
に向いて突出する張出部15を有している。該張出部1
5は、最も弁軸側へと突出する頂部15aから周方向の
両側へと広がると共に裾端が基準円周につながる山形、
弦状あるいは台形状に形成している。張出部15のバル
ブシート側とは反対側には、吸気ポート内を上流側に行
くに従い突出高さが低くなって吸気ポート2の内周壁面
に滑らかにつながる背壁16を形成してある。
Description
ポート形状に関し、特に、ダイレクトポートによってス
ワールを発生させる内燃機関の吸気ポート形状に関す
る。
あるいは吸気ポート出口で吸気の方向を制御することに
より、スワール流の強さを向上させる技術は各種開発さ
れており、シュラウド弁方式、マスクドプレート方式又
は段付きポート方式等がある。
のシュラウドを形成した構造であり、マスクドプレート
方式は、特開昭63−131824号のようにバルブシ
ートとシート取付用環状段面の間に、内方張出面を有す
る環状のマスクドプレートを挟着した構造であり、段付
きポート方式は、特開平8−189366号のように吸
気ポートの内周壁に内方張出状の傾斜壁を形成した構造
である。
は、シュラウドの位置を保持するため、吸気弁に回止め
機構を施すことが必要であり、構造が複雑になると共に
コスト高になり、しかも回止めしていることと熱変形に
より吸気弁に偏磨耗が生じ、耐久性が期待できない。ま
た、シュラウドによって流通断面積が実質的に減少する
ため、流量係数も悪化する。
流通断面が急激に減少することになり、流量係数が悪化
する。また、板状部材なので耐久性にも問題が残る。
方式は、シート取付用段面に三日月形の張出部を形成し
ており、このような流動抑制形状では、最大の逆スワー
ル流である弁軸衝突流を効果的に抑制しようとすると、
張出部の円弧形内周縁の突出量が大きく成り過ぎること
により、吸気の流通断面積が大幅に減少し、流量係数が
悪化する。
ワール方向に流れようとする一部の吸気流を抑制し、か
つ、流量係数の悪化を抑えながら、強いスワールを発生
させることを目的としている。また、偏磨耗の防止及び
耐久性の維持向上も本願発明の目的である。
は、シリンダヘッド1の吸気ポート出口部にバルブシー
ト支持用の環状段面14を形成し、該環状段面14にバ
ルブシート4の端面を当接支持している内燃機関の吸気
ポート形状において、環状段面14の内周縁形状は、バ
ルブシート4の内周縁4aの形状を基準円周とすると共
に、径方向の吸気ポート入口側部分に、弁軸11側に向
いて突出する張出部15を有しており、該張出部15
は、最も弁軸側へと突出する頂部15aから周方向の両
側へと緩かな傾斜で広がると共に裾端が基準円周につな
がる山形とし、張出部15のバルブシート側とは反対側
には、吸気ポート2内を上流側に行くに従い突出高さが
低くなって吸気ポート2の内周壁面に滑らかにつながる
尾根状の背壁16を形成していることを特徴としてい
る。
ド1の吸気ポート出口部にバルブシート支持用の環状段
面14を形成し、該環状段面14にバルブシート4の端
面を当接支持している内燃機関の吸気ポート形状におい
て、環状段面14の内周縁形状は、バルブシート4の内
周縁4aの形状を基準円周とすると共に、径方向の吸気
ポート入口側部分に、弁軸11側に向いて突出する張出
部15を有しており、該張出部15は、最も弁軸側へと
突出する頂部15aが平らで、該平らな頂部15aから
周方向の両側へ傾斜状に広がると共に裾端が基準円周に
つながる台形状としており、張出部15のバルブシート
側とは反対側には、吸気ポート2内を上流側に行くに従
い突出高さが低くなって吸気ポート2の内周壁面に滑ら
かにつながる尾根状の背壁16を形成していることを特
徴としている。
ド1の吸気ポート出口部にバルブシート支持用の環状段
面14を形成し、該環状段面14にバルブシート4の端
面を当接支持している内燃機関の吸気ポート形状におい
て、環状段面14の内周縁形状は、バルブシート4の内
周縁4aの形状を基準円周とすると共に、径方向の吸気
ポート入口側部分に、弁軸11側に向いて突出する張出
部15を有しており、該張出部15は、上記基準円周に
対して弦状に形成されており、張出部15のバルブシー
ト側とは反対側には、吸気ポート2内を上流側に行くに
従い突出高さが低くなって吸気ポート2の内周壁面に滑
らかにつながる背壁16を形成していることを特徴とし
ている。
3記載の内燃機関の吸気ポート形状において、頂部15
aに、弁軸11から一定の距離を保つ部分円形凹部を形
成していることを特徴としている。
3記載の内燃機関の吸気ポート形状において、台形状又
は弦状の張出部に、弁軸側へと突出する先端山形部を形
成していることを特徴としている。
5のいずれかに記載の内燃機関の吸気ポート形状におい
て、バルブシートとしてアール付きバルブシートを設け
ていることを特徴としている。
態)図1乃至図4は本願請求項1記載の発明を適用した
実施の形態であり、シリンダヘッド1の縦断面部分図を
示す図1において、ダイレクトタイプの吸気ポート2
は、入口端がシリンダヘッド1の側面に開口して図示し
ない吸気マニホールドに接続し、吸気弁8の弁軸11及
び弁傘12部分を経て、燃焼室10に連通している。吸
気ポート2の出口端部には、バルブシート4を取付ける
ために環状段面14及びこれに連続する拡径孔13が形
成されており、バルブシート4は上記拡径孔13に嵌着
されると共に環状段面14に当接支持されている。
ルブシート4の内径Dと同径の基準円周を基準としてお
り、径方向の上流側(図1の右側)に弁軸11側へと突
出する張出部15を有している。張出部15の吸気流方
向の上流側(図1の右上側)には、上流側に行くに従い
吸気ポート内周壁面2bからの突出量が減少して滑らか
に吸気ポート内周壁面2bにつながる尾根状の背壁16
が形成されている。
出部15は、最も弁軸側へと突出する頂部15aと、該
頂部15aから周方向の両側へと緩やかな傾斜で広がる
緩斜部15bとから広い裾野を有する山形状に形成され
ている。両裾端15cは基準円周上の段面内周縁14a
に対し、特にアール等を取ることなくつながっている。
1〜2倍程度、頂部15aの突出量(高さ)Hがバルブ
シート内径(基準円直径)Dの10〜30%程度が適当
である。上記範囲は、山形状張出部において、吸気ポー
トの流通断面積の減少を抑え、流量係数の悪化を効果的
に防止するのに最も適した範囲である。ちなみに図示の
実施の形態では、幅Wが弁軸直径dの略2倍、頂部15
aの突出量(高さ)Hがバルブシート内径Dの略16%
となっている。
壁16の断面形状も前記張出部15に対応した緩やかな
傾斜の山形となっていることを明確にしている。
り、バルブシート4の形状を明確にしている。
ポート2内に供給される吸気の主流は、たとえば矢印F
1で示すように径方向の下流側の吸気ポート内周壁面2
cに沿って流れ、燃焼室10内へと供給され、スワール
流となる。吸気ポート2内の上流側(内周壁面2b側)
では、従来なら仮想線の矢印f3で示すように弁軸11
に衝突して逆スワール方向に流れる吸気は、吸気ポート
2の途中から張出部15へと至る尾根状の背壁16によ
り整流されると共に矢印F2で示すように弁軸11の径
方向両側に振り分けられ、前記主流F1と同様な順スワ
ール方向の流れとなり、燃焼室10に供給される。しか
も、最も弁軸側へと突出している頂部15aにより弁軸
11の径方向上流側のスペースSを狭くして、逆スワー
ル方向への吸気流を制限するので、スワールを一層強化
することができる。
形態)図6は請求項2記載の発明を適用した実施の形態
であり、前記図2と同じ部分の断面図(図1のII-II断
面相当図)である。該図6において、径方向の吸気ポー
ト入口側(図6の右側)端部に形成される張出部15
は、頂部15aが平らに形成され、両側に末広がりの傾
斜部15dを有する台形状に形成されている。基準円周
Cに対する頂部15aの突出量Hがバルブシート内径D
の10〜30%程度であり、幅Wは弁軸直径dの1〜4
倍程度である。張出部15の吸気流方向の上流側には、
前記図1で説明した場合と同様に吸気ポート上流側にゆ
くに従い吸気ポート内周壁面2bからの突出量が減少し
て滑らかに吸気ポート内周壁面2bにつながる背壁16
が形成されている。上記張出部15及び背壁16以外の
構造は図1〜図4記載の実施の形態と同様であり、同じ
部品には同じ符号を付し、重複説明は省略する。
形態)図7は請求項3記載の発明を適用した実施の形態
であり、前記図2と同じ部分の断面図(図1のII-II断
面相当図)である。該図7において、径方向の吸気ポー
ト入口側端部に形成される張出部15は、基礎円周Cに
対して弦状に形成されると共に両端が基礎円周につなが
っている。
頂部15aの突出量Hがバルブシート内径Dの10〜3
0%程度であり、幅Wは弁軸直径dの1〜4倍程度であ
る。張出部15の吸気流方向の上流側には、前記図1で
説明した場合と同様に吸気ポート上流側にゆくに従い吸
気ポート内周壁面2bからの突出量が減少して滑らかに
吸気ポート内周壁面2bにつながる背壁16が形成され
ている。上記張出部15及び背壁16以外の構造は図1
〜図4記載の実施の形態と同様であり、同じ部品には同
じ符号を付し、重複説明は省略する。
特性比較)図8は、縦軸の下部がスワール強さP、上部
が流量係数φ、横軸が不連続部(張出部15)の断面積
Sであり、上部の直線A1〜A3及びA0は、第1〜第3
の実施の形態及び従来の三日月形状の張出部についての
流量係数φと不連続部断面積Sとの関係、下部の直線B
1〜B3及びB0は第1〜第3の実施の形態及び従来の三
日月形状の張出部についてのスワール強さPと不連続部
断面積Sとの関係を示している。
図2のように山形に形成した場合(第1の実施の形態)
の特性、直線A2及びB2は張出部15を図6のように台
形状に形成した場合(第2の実施の形態)の特性、直線
A3及びB3は張出部15を図7のように弦状に形成した
場合(第3の実施の形態)の特性、一点鎖線で示す直線
A0及びB0は張出部15を従来例(特開平8−1893
66号)の三日月形状に形成した場合の特性を示してい
る。
に、流量係数φと不連続部断面積Sは、基本的には不連
続部断面積Sが増加すると流量係数φが低下する関係に
あるが、張出部形状、特に弁軸近傍の広さの割合の相違
によって、流量係数φの低下率(傾き)が相違してお
り、従来の三日月形状(直線A0)の場合が最も低下率が
大きく、山形状の第1の実施の形態(直線A1)の場合
が最も低下率が小さく、台形状及び弦状の第2及び第3
の実施の形態(直線A2及びA3)の場合は、上記第1の
実施の形態の場合よりは低下率は大きいが、従来の三日
月形状の場合よりは低下率は小さくなっている。
連続部断面積S1〜S3及びS0を比較すると、本願第1
〜第3の実施の形態(直線A1〜A3)における断面積S
1、S2、S3はいずれも従来技術の断面積S0よりも大き
くすることができ、かつ、S1>S2>S3となってい
る。すなわち、一定の流量係数φaを維持しながらも、
山形状張出部は最も断面積を大きくすることができ、次
に、台形状の張出部、その次に弦状の張出部の順となっ
ており、従来技術では張出部の断面積を最も小さくせざ
るを得ないのである。見方を変えて、張出部の断面積を
仮にS1に揃えるとすると、従来の三日月形状(直線A
0)は最も流量係数が低くなり、第3、第2及び第1の
実施の形態の順で流量係数が高くなっている。
に、スワール強さPと不連続部断面積Sとは、基本的に
は不連続部断面積Sが大きくなると、スワール強さPが
大きくなる関係にあるが、これも、張出部形状、特に弁
軸近傍の広さの割合の相違によって、スワール強さPの
増加率(傾き)が相違しており、従来の三日月形状(直
線B0)の場合が最も増加率が小さく、山形状の第1の実
施の形態(直線B1)の場合が最も増加率が大きく、台
形状及び弦状の第2及び第3の実施の形態(直線B2及
びB3)の場合は、上記第1の実施の形態の場合よりは
増加率は小さいが、従来の三日月形状の場合よりは増加
率は大きくなっている。
に揃えた場合には、従来の三日月形状(直線B0)が最
もスワール強さPが小さく、第3、第2及び第1の実施
の形態(B3,B2,B1)の順でスワール強さPが大きくな
っている。
係を、不連続部断面積Sを介して比較する。流量係数φ
を一定値(φa)に維持した場合には、第1、第2及び
第3の実施の形態では、各破線の矢印により直線A1〜
A3及びB1〜B3を経て導かれるように、スワール強さ
はそれぞれをP1,P2,P3となり、一方、従来の三日月
形状では破線の矢印により直線A0及びB0を経て導かれ
るようにスワール強さP0となっており、図から明らか
なようにP1>P2>P3>P0の関係が成り立っている。
と、流量係数を低下させることなく、大きな不連続部断
面積を確保し、従来技術のスワール強さよりも大きいス
ワール強さを生じさせることができるのである。
形態)図9及び図10はそれぞれ請求項4記載の発明を
適用した実施の形態であり、前記図2と同じ部分の断面
図(図1のII-II断面相当図)である。図9の張出部1
5は、前記図6の台形状張出部の変形例ということで
き、張出部15の頂部15aに、弁軸から一定の距離を
保つ部分円形凹部を形成している。図10の張出部15
は、前記図7の弦状張出部の変形例ということができ、
弦状張出部15の頂部(中央部)15aに、弁軸11か
ら一定の距離を保つ部分円形凹部を形成している。張出
部15の寸法は、基準円周Cに対する頂部15aの突出
量Hがバルブシート内径Dの10〜30%程度であり、
幅Wは弁軸直径dの1〜4倍程度である。
全体としては図6及び図7よりも弁軸側へと張り出して
断面積を増加させる一方、断面積増加による流量係数の
低下を避けるため、頂部に部分円形凹部を形成すること
により、弁軸11への吸気の衝突量を減らし、逆スワー
ル流となる流れを効果的に抑制しているのである。した
がって、図9及び図10の張出部15は、図6及び図7
に示す単なる台形状及び弦状の形状よりも、スワール強
さを向上させることができる。
形態)図11及び図12はそれぞれ請求項5記載の発明
を適用した実施の形態であり、前記図2と同じ部分の断
面図(図1のII-II断面相当図)である。図11の張出
部15は、前記図6の台形状張出部の変形例ということ
ができ、平面状頂部15aに、弁軸側へさらに突出する
山形先端部15eを形成しており、図12の張出部15
は、前記図7の弦状張出部の変形例ということができ、
張出部15の頂部(中央部)に、弁軸側へさらに突出す
る山形先端部15eを形成している。要するにこれら第
5の実施の形態は、図2の山形状張出部と図6の台形状
あるいは図7の弦状張出部とを組み合わせた形状ともい
える。張出部15の寸法は、基準円周Cに対する頂部1
5aの突出量Hがバルブシート内径Dの10〜30%程
度であり、幅Wは弁軸直径dの1〜4倍程度である。
張出部15も、たとえば図2の張出部の両側部分、すな
わち弁軸11から離れた部分を弦状あるいは台形状とす
ることにより、流量係数の低下を抑えつつ不連続部断面
積を増加させ、スワール強さを向上させている。
用した実施の形態であって、バルブシートとして、アー
ル(R)付きのバルブシート24を嵌着した構造であ
る。張出部15の形状は図2、図6、図7、図9、図1
0、図11又は図12のいずれの形状のものでも適用で
きる。その他の構造は図1と同様であり、同じ部品及び
部分には同じ符号を付してある。アール付きバルブシー
ト24自体は周知のものであり、円錐状に形成されたシ
ート面23の軸心方向両側(上下側)にそれぞれアール
面20,21を形成してある。
を用いることにより、シート面23の下端と下側のアー
ル面21との境においての吸気流の剥離を減少させる
が、この効果は、張り出しのない部分で顕著であり、相
対的に逆スワール方向の流れが減少する。これによりス
ワールをさらに強化させることができる。
ル流となる吸気流部分を、吸気ポート2内の途中からバ
ルブシート取付用環状段面14の張出部15に至るまで
に、背壁16により整流すると共に弁軸両側に振り分け
て弁軸への衝突を解消し、かつ、最も弁軸側へと突出し
ている頂部15aにより弁軸11の径方向の上流側のス
ペースを狭くして、逆スワール方向への吸気流を制限す
るので、スワールを強化することができる。
気弁を回止めする必要がないので、熱変形等により吸気
弁に偏磨耗が生じるのを防ぐことができ、耐久性を維持
できる。また、吸気弁の組み間違いや軸心回りのずれ等
の心配がない。
5に続く背壁16を形成することにより、流通断面形状
を変更しているので、従来のシュラウド弁方式やマスク
ドプレート方式に比べて、吸気ポート内の上流側から吸
気を整流することになり、圧力損失が少ない。
張出部15は弁軸側へ突出する頂部15aから緩やかな
傾斜で広がる山形とすることにより、弁軸11近傍の遮
蔽面積の割合を大きくしているので、上記のように弁軸
11に衝突して逆スワール方向に流れようとする吸気流
を効果的に抑制しながらも、流通断面積の減少量を少な
くし、流量係数の低下を防止することができる。
なくとも張出部の頂部が平面状となっているので、鋳造
成形が容易である。
記山形状と、弦状あるいは台形状を組合わせた張出部形
状であるので、単なる山形状、台形状あるいは弦状の張
出部と比較して、流量係数の低下を抑えつつ、張出部の
断面積を増加させ、スワール流を一層強化することがで
きる。
ブシートとしてアール付きバルブシート24を設けてい
ると、シート面23の下端と下側のアール面21との境
においての吸気流の剥離を減少させるが、この効果は、
張り出しのない部分で顕著であり、相対的に逆スワール
方向の流れが減少する。これによりスワールをさらに強
化させることができる。
のシリンダヘッドの縦断面部分図である。
のシリンダヘッドの縦断面部分図である。
じ部分の断面図である。
じ部分の断面図である。
術との特性を比較した特性線図である。
じ部分の断面図である。
同じ部分の断面図である。
同じ部分の断面図である。
同じ部分の断面図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 シリンダヘッド(1)の吸気ポート出口
部にバルブシート支持用の環状段面(14)を形成し、
該環状段面(14)にバルブシート(4)の端面を当接
支持している内燃機関の吸気ポート形状において、 環状段面(14)の内周縁形状は、バルブシート(4)
の内周縁(4a)の形状を基準円周とすると共に、径方
向の吸気ポート入口側部分に、弁軸(11)側に向いて
突出する張出部(15)を有しており、 該張出部(15)は、最も弁軸側へと突出する頂部(1
5a)から周方向の両側へと緩かな傾斜で広がると共に
裾端が基準円周につながる山形とし、 張出部(15)のバルブシート側とは反対側には、吸気
ポート(2)内を上流側に行くに従い突出高さが低くな
って吸気ポート(2)の内周壁面に滑らかにつながる尾
根状の背壁(16)を形成していることを特徴とする内
燃機関の吸気ポート形状。 - 【請求項2】 シリンダヘッド(1)の吸気ポート出口
部にバルブシート支持用の環状段面(14)を形成し、
該環状段面(14)にバルブシート(4)の端面を当接
支持している内燃機関の吸気ポート形状において、 環状段面(14)の内周縁形状は、バルブシート(4)
の内周縁(4a)の形状を基準円周とすると共に、径方
向の吸気ポート入口側部分に、弁軸(11)側に向いて
突出する張出部(15)を有しており、 該張出部(15)は、最も弁軸側へと突出する頂部(1
5a)が平らで、該平らな頂部(15a)から周方向の
両側へ傾斜状に広がると共に裾端が基準円周につながる
台形状としており、 張出部(15)のバルブシート側とは反対側には、吸気
ポート(2)内を上流側に行くに従い突出高さが低くな
って吸気ポート(2)の内周壁面に滑らかにつながる尾
根状の背壁(16)を形成していることを特徴とする内
燃機関の吸気ポート形状。 - 【請求項3】 シリンダヘッド(1)の吸気ポート出口
部にバルブシート支持用の環状段面(14)を形成し、
該環状段面(14)にバルブシート(4)の端面を当接
支持している内燃機関の吸気ポート形状において、 環状段面(14)の内周縁形状は、バルブシート(4)
の内周縁(4a)の形状を基準円周とすると共に、径方
向の吸気ポート入口側部分に、弁軸(11)側に向いて
突出する張出部(15)を有しており、 該張出部(15)は、上記基準円周に対して弦状に形成
されており、 張出部(15)のバルブシート側とは反対側には、吸気
ポート(2)内を上流側に行くに従い突出高さが低くな
って吸気ポート(2)の内周壁面に滑らかにつながる背
壁(16)を形成していることを特徴とする内燃機関の
吸気ポート形状。 - 【請求項4】 請求項2又は3記載の内燃機関の吸気ポ
ート形状において、頂部(15a)に、弁軸(11)か
ら一定の距離を保つ部分円形凹部を形成していることを
特徴とする内燃機関の吸気ポート形状。 - 【請求項5】 請求項2又は3記載の内燃機関の吸気ポ
ート形状において、台形状又は弦状の張出部の周方向中
央部に、弁軸側へとさらに突出する山形先端部を形成し
ていることを特徴とする内燃機関の吸気ポート形状。 - 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれかに記載の内燃
機関の吸気ポート形状において、バルブシートとしてア
ール付きバルブシートを設けていることを特徴とする内
燃機関の吸気ポート形状。
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