JP2010174702A

JP2010174702A - 吸気ポート構造

Info

Publication number: JP2010174702A
Application number: JP2009017049A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Abe; 和佳阿部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2010-08-12

Abstract

【課題】エッジによるタンブル流の主流への影響を抑制することができる吸気ポート構造を提供する。
【解決手段】吸気ポート構造（１００）は、シリンダヘッド（１０）の側面から燃焼室（７０）にかけて上に向かって凸の湾曲形状を有する吸気ポート（２０）のバルブシート（３０）とバルブステムガイド（４０）のガイド穴（６０）との間の第１壁面（２１）に形成されたエッジ（１１０）と、第１壁面のエッジよりもガイド穴側に凸状に張り出した曲面部（１２０）と、を備え、エッジは、バルブシートのバルブが当接する部分のうち燃焼室の上部に最も近い部分から曲面部に接するように引かれた仮想線（３１０）よりも上側に位置することを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸気ポート構造に関する。

特許文献１には、内燃機関の吸気ポートのバルブシートとバルブステムガイドのガイド穴との間の壁面に、凸状のなだらかな曲率を有する肉盛部を有する吸気ポート構造が開示されている。この技術は、肉盛部を有することによってタンブル流の強さの増大を図ったものである。

特開平９−１８４４２４号公報

特許文献１に係る吸気ポートのバルブシートは、スローカッタ等の刃具を用いて加工される。この場合、刃具によって、吸気ポートの壁面にエッジが形成されるおそれがある。吸気ポートの壁面にエッジが形成されると、タンブル流の主流がエッジから影響を受けるおそれがある。

本発明は、エッジによるタンブル流の主流への影響を抑制することができる吸気ポート構造を提供する。

本発明に係る吸気ポート構造は、シリンダヘッドの側面から燃焼室にかけて上に向かって凸の湾曲形状を有する吸気ポートのバルブシートとバルブステムガイドのガイド穴との間の第１壁面に形成されたエッジと、前記第１壁面の前記エッジよりも前記ガイド穴側に凸状に張り出した曲面部と、を備え、前記エッジは、前記バルブシートのバルブが当接する部分のうち前記燃焼室の上部に最も近い部分から前記曲面部に接するように引かれた仮想線よりも上側に位置することを特徴とするものである。

本発明に係る吸気ポートによれば、エッジが仮想線よりも上側に位置している。それにより、タンブル流の主流は、曲面部を通過後にエッジから影響を受けることなく燃焼室に流入することができる。よって、エッジによるタンブル流の主流への影響を抑制することができる。

上記構成において、前記吸気ポートの前記第１壁面に対向する第２壁面の下流端は、前記ガイド穴の軸中心線側に向かって延伸していてもよい。

この構成によれば、タンブル流の強さを増大させることができる。

本発明によれば、エッジによるタンブル流の主流への影響を抑制することができる吸気ポート構造を提供することができる。

図１は、実施例１に係る吸気ポート構造の模式的断面図である。図２は、吸気ポート構造のエッジ近傍の拡大断面図である。図３は、切削加工時の様子を示す模式的断面図である。図４は、従来技術に係る吸気ポート構造の模式的断面図である。図５は、実施例１の変形例１に係る吸気ポート構造の模式的断面図である。図６は、タンブル流の主流の流量とタンブル比との関係を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

本発明の実施例１に係る吸気ポート構造１００について説明する。図１は、吸気ポート構造１００の模式的断面図である。吸気ポート構造１００は、内燃機関のシリンダヘッド１０に形成された吸気ポート２０の構造である。吸気ポート２０には、バルブシート３０およびバルブステムガイド４０が配置されている。バルブシート３０は、吸気ポート２０の下流端に配置されている。バルブシート３０は、バルブ５０の傘部５１が離着座する環状の部材である。バルブステムガイド４０は、バルブ５０のバルブステム５２を往復移動させるためのガイドである。バルブステムガイド４０は、吸気ポート２０に形成されたガイド穴６０に挿入されている。

吸気ポート２０は、燃焼室７０内にタンブル流が形成されるような形状を有している。具体的には、吸気ポート２０は、シリンダヘッド１０の側面から燃焼室７０にかけて上に向かって凸の湾曲形状を有している。この場合、主として吸気ポート２０の壁面のうち上側の壁面に沿って流動する吸気が、燃焼室７０内においてタンブルを形成する。本実施例において、吸気ポート２０を流動する吸気のうち燃焼室７０内においてタンブル流となる吸気を、タンブル流の主流と称する。また、吸気ポート２０のバルブシート３０とバルブステムガイド４０のガイド穴６０との間の壁面である第１壁面２１は、全体的になだらかな凸状に張り出している。それにより、第１壁面２１が凸状に張り出していない場合に比較して、第１壁面２１に沿って流動するタンブル流の主流の流速を上昇させることができる。その結果、強いタンブル流を得ることができる。

吸気ポート構造１００は、エッジ１１０と、曲面部１２０と、延伸部１３０と、を有する。エッジ１１０は、第１壁面２１に形成されている。エッジ１１０は、後述するバルブシート３０を加工するための刃具２００によって形成されたものである。曲面部１２０は、第１壁面２１のエッジ１１０よりもガイド穴６０側に、凸状に張り出した部分である。エッジ１１０および曲面部１２０の位置関係の詳細は、後述する。

延伸部１３０は、吸気ポート２０の第１壁面２１に対向する壁面である第２壁面２２の下流端において、ガイド穴６０の軸中心線３００側に向かって延伸した部分である。

図２は、吸気ポート構造１００のエッジ１１０近傍の拡大断面図である。エッジ１１０は、バルブシート３０のバルブ５０が当接する部分のうち燃焼室７０の上部に最も近い部分（Ａ）から曲面部１２０に接するように引かれた仮想線３１０よりも上側に位置している。この効果については、後述する。

吸気ポート２０は、シリンダヘッド１０の素材を鋳造成形する際に、ポート中子を用いて形成される。曲面部１２０が形成されるようにポート中子の形状を設定しておくことによって、曲面部１２０をシリンダヘッド１０の素材の段階で形成することができる。

バルブシート３０およびバルブガイド１のガイド穴６０は、種々の刃具によって切削加工される。図３は、切削加工時の様子を示す模式的断面図である。例えば、バルブシート３０の内面は、開き角の異なる複数の刃具２００を用いて加工される。それにより、バルブシート３０の内面は滑らかなＲ形状を有するように加工される。本実施例におけるエッジ１１０は、バルブシートの内面の切削時において、刃具２００によって形成されたものである。バルブステムガイド４０のガイド穴６０は、ドリル加工される。また、ガイド穴６０の座面は、ガイド穴６０の座面加工用の刃具２１０によって加工される。

ここで、従来技術に係る吸気ポート構造の問題点について詳細に説明する。図４は、従来技術に係る吸気ポート構造４００の模式的断面図である。吸気ポート構造４００は、曲面部１２０に相当する部分を有しない点と、延伸部１３０を有しない点と、において、吸気ポート構造１００と異なる。吸気ポート構造４００において、タンブル流の主流は、刃具２００によって形成されるエッジ１１０によって影響を受ける場合がある。具体的には、例えば、タンブル流の主流の一部が、エッジ１１０部分で剥離することがある。タンブル流の主流の一部がエッジ１１０部分で剥離すると、タンブル流の強度が弱まり、タンブル流が不安定になるおそれがある。すなわち、吸気ポート構造４００においては、強いタンブル流を安定して形成することが困難である。

また、吸気ポート２０の壁面の形状は、内燃機関の個体間において一様とは限らない。例えば、シリンダヘッド１０を鋳造成形する際に、ポート中子が浮き沈みする場合がある。ポート中子が浮き沈みすると、壁面の形状は、例えば輪郭線３２０のように変化する。よって、壁面の形状は、内燃機関の個体間において一様とは限らない。壁面の形状が内燃機関の個体間において異なると、エッジ１１０大きさも内燃機関の個体間において異なる。エッジ１１０の大きさが内燃機関の個体間において異なると、タンブル流の強さも内燃機関の個体間で、ばらつく。

そこで、本実施例に係る吸気ポート構造１００によれば、図２において前述したように、エッジ１１０は、バルブシート３０のバルブ５０が当接する部分のうち燃焼室７０の上部に最も近い部分（Ａ）から曲面部１２０に接するように引かれた仮想線３１０よりも上側に位置している。具体的には、エッジ１１０が仮想線３１０よりも上側に位置するように、曲面部１２０を設けている。この場合、タンブル流の主流の流動途中にエッジ１１０がないことから、タンブル流の主流は曲面部１２０を通過後にエッジ１１０によって影響を受けることなく燃焼室７０に流入することができる。よって、エッジ１１０によるタンブル流の主流への影響を抑制することができる。その結果、強いタンブル流を安定して形成することができる。タンブル流が安定することによって、燃焼室７０における燃料の燃焼も安定することから、トルク変動が低減される。それにより、リーン限界を伸ばすことができることから、燃費を向上させることができる。

なお、曲面部１２０は、例えば鋳造製造時にポート中子が最も沈んだ場合であっても、エッジ１１０が仮想線３１０よりも上側に位置するように、設定されていることが好ましい。中子の浮き沈みによって壁面の形状にばらつきが生じた場合であっても、タンブル流の主流がエッジ１１０によって影響を受けることが抑制されるからである。

また、本実施例に係る吸気ポート構造１００によれば、延伸部１３０を有することから、第２壁面２２に沿って流動する吸気をタンブル流にすることができる。それにより、タンブル流の強さを増大させることができる。

なお、延伸部１３０の長さは、長い方が好ましい。タンブル流の強さをより増大させることができるからである。例えば図３に示すように、延伸部１３０は、刃具２１０に干渉しない限界位置まで延伸していることが好ましい。

（変形例１）
なお、吸気ポート構造１００は、延伸部１３０を有していなくてもよい。図５は、実施例１の変形例１に係る吸気ポート構造１００ａの模式的断面図である。吸気ポート構造１００ａは、延伸部１３０の代わりにＲ部１４０を有する点において、図１の吸気ポート構造１００と異なる。Ｒ部１４０は、吸気ポート２０の第２壁面２２の下流側の部分であって、滑らかな曲面形状を有するように加工された部分である。Ｒ部１４０を有することによって、吸気ポート構造１００ａの吸気ポート２０の下流端の開口面積は吸気ポート構造１００の下流端の開口面積に比較して大きくなる。また、吸気ポート構造１００ａにおいて、第２壁面２２に沿って流動する吸気は、タンブル流とならずに燃焼室７０に流入する。

本変形例に係る吸気ポート構造１００ａによれば、吸気ポート２０の下流端の開口面積は吸気ポート構造１００の下流端の開口面積に比較して大きい。それにより、吸気ポート構造１００に比較して、吸気ポート２０を流動する吸気の流量を増大させることができる。

図６は、タンブル流の主流の流量とタンブル比との関係を示す図である。縦軸はタンブル流の主流の流量であり、横軸はタンブル比である。点線の円は、データの範囲を示している。円の直径は、個体間のばらつきの範囲を示している。円の直径が小さい程、個体間のばらつきが小さい。また、図６において、データが右上に位置するほど、高効率な吸気ポート構造といえる。実施例１に係る吸気ポート構造１００および変形例１に係る吸気ポート構造１００ａは、従来技術に係る吸気ポート構造４００に比較して、タンブル比が大きくなり、かつ、個体間のばらつきの範囲が小さくなっている。また、吸気ポート構造１００は、吸気ポート構造１００ａに比較して、タンブル比が高くなっている。吸気ポート構造１００ａは、吸気ポート構造１００に比較して、流量が多くなっている。また、吸気ポート構造１００および吸気ポート構造１００ａは、吸気ポート構造４００に比較して、高効率である。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０シリンダヘッド
２０吸気ポート
２１第１壁面
２２第２壁面
３０バルブシート
４０バルブステムガイド
５０バルブ
６０ガイド穴
７０燃焼室
１００吸気ポート構造
１１０エッジ
１２０曲面部
１３０延伸部
１４０Ｒ部
２００刃具
２１０刃具
３１０仮想線
４００吸気ポート構造

Claims

シリンダヘッドの側面から燃焼室にかけて上に向かって凸の湾曲形状を有する吸気ポートのバルブシートとバルブステムガイドのガイド穴との間の第１壁面に形成されたエッジと、
前記第１壁面の前記エッジよりも前記ガイド穴側に凸状に張り出した曲面部と、を備え、
前記エッジは、前記バルブシートのバルブが当接する部分のうち前記燃焼室の上部に最も近い部分から前記曲面部に接するように引かれた仮想線よりも上側に位置することを特徴とする吸気ポート構造。
前記吸気ポートの前記第１壁面に対向する第２壁面の下流端は、前記ガイド穴の軸中心線側に向かって延伸している請求項１記載の吸気ポート構造。