JP6288014B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、吸気ポートから燃焼室内に吸入空気を流入させることにより、同燃焼室内にタンブル流を発生させる内燃機関に関する。

特許文献１には、燃焼室内にタンブル流を発生させる内燃機関の一例が記載されている。すなわち、図１１に示すように、吸気ポート５００を通じて燃焼室５１０内に流入した吸入空気が図中反時計回り方向に流れることにより、燃焼室５１０内にタンブル流が発生するようになっている。この内燃機関のシリンダヘッド５２０には、吸気バルブ５３０の軸部５３１を摺動自在に支持する筒状のバルブガイド５４０が設けられている。そして、バルブガイド５４０の長手方向における一端（すなわち、図中下端）は、吸気ポート５００内に突出している。

また、吸気ポート５００の周面５０１においてバルブガイド５４０の近傍には、バルブガイド５４０の周りに回り込みつつ吸気ポート５００の延伸する方向に延びる溝部５０２が設けられている。すなわち、この溝部５０２は、吸気ポート５００の周面５０１において燃焼室５１０から離れた側（すなわち、図中上側）の部位に設けられている。これにより、吸気ポート５００を流れる吸入空気の一部が溝部５０２内を流れるようになり、バルブガイド５４０を避けるような吸入空気の流れを同吸気ポート５００内に形成することができる。その結果、吸入空気がバルブガイド５４０に衝突しにくくなり、同バルブガイド５４０への吸入空気の衝突に起因する燃焼室５１０内への吸入空気の流入速度の低下を抑制することができる。

特開２００８−２５５８６０号公報

ところで、図１１に示すように、上記の溝部５０２の深さは下流端に向かうにつれて次第に浅くなっている。そして、図１１に破線の矢印で示すように、溝部５０２内を流れて下流端から流出した吸入空気は、開弁している吸気バルブ５３０の傘部５３２に向けて流れるようになる。すなわち、吸気ポート５００内では、溝部５０２を設けることにより、バルブガイド５４０を避けるような吸入空気の流れを形成することはできるものの、燃焼室５１０に対してほぼ垂直に向かう吸入空気の流れが形成されてしまう。こうした吸入空気の流れを支流とし、溝部５０２内に流入することなく吸気ポート５００から燃焼室５１０内に流入する吸入空気の流れを本流とした場合、当該本流は支流によってピストン５５０側、すなわち図中下方に押されることとなり、当該本流を形成する吸入空気の流動方向が変わってしまう。その結果、吸気ポート５００から燃焼室５１０に流入した吸入空気が排気バルブ５６０の傘部５６１に向かいにくくなり、図１１に実線の矢印で示すように、当該吸入空気の流れの回転半径が小さくなる。したがって、燃焼室５１０内に強いタンブル流が発生しにくくなる。

本発明の目的は、燃焼室内での吸入空気の流れの回転半径が小さくなることを抑制し、燃焼室内に強いタンブル流を発生させることができる内燃機関を提供することにある。

上記課題を解決するための内燃機関は、シリンダヘッドに設けられている吸気ポートから燃焼室内に吸入空気を流入させることにより、同燃焼室内にタンブル流を発生させる内燃機関である。この内燃機関において、吸気ポートは、燃焼室に接続されるとともに、同燃焼室に近づくにつれて通路断面積が広くなる接続部分と、同接続部分の上流端に接続されている上流部分とを有する。そして、接続部分の下流端には、吸気バルブの傘部が当接するバルブシートが設けられている。また、吸気ポートの周面において機関出力軸の延伸する方向における両側の部位のうち、少なくとも一方の部位には、吸気ポートの延びる方向に延伸するとともに、上記接続部分と上記上流部分とに跨る凹部が設けられている。

上記構成によれば、吸気ポートの周面において機関出力軸の延伸する方向における両側の部位のうち、少なくとも一方の部位に、吸気ポートの延びる方向に延伸する凹部が設けられており、当該凹部は、吸気ポートの接続部分の周面に開口している。そして、こうした凹部内に吸気ポート内を流れる吸入空気の一部が流入し、同凹部の下流端から吸入空気が燃焼室内に流入するようになる。このように、吸気ポートの周面において機関出力軸の延伸する方向における両側の部位のうち、少なくとも一方の部位に凹部を設けたことにより、当該凹部の下流端から流出した吸入空気は、燃焼室内にほぼ垂直に流入することはない。すなわち、凹部内に流入することなく吸気ポートを通じて燃焼室内に流入した吸入空気の流れを本流とし、凹部内を流動して燃焼室内に流入した吸入空気の流れを支流とした場合、支流によって本流がピストン側に押されにくくなる。その結果、吸気ポートから燃焼室内に流入した吸入空気が、燃焼室壁面に沿って流動するようになる。つまり、燃焼室内での吸入空気の流れの回転半径が小さくなりにくい。したがって、燃焼室内での吸入空気の流れの回転半径が小さくなることを抑制し、燃焼室内に強いタンブル流を発生させることができるようになる。

なお、シリンダヘッドは、シリンダブロックに取り付けられている。そして、シリンダヘッドにおいてシリンダブロックに取り付けられる面を取付面とし、排気バルブの傘部において燃焼室に臨む面を排気バルブ底面とし、吸気バルブの傘部において吸気ポートに臨む面をポート側傘面としたとする。また、上記取付面を基準とした凹部の延伸する方向の角度を凹部角度（ε）とし、上記ポート側傘面において排気バルブに最も近い部分の、取付面を基準とする傾斜角度を吸気側傾斜角度（β）とし、上記排気バルブ底面の取付面を基準とする傾斜角度を排気底面角度（θ）としたとする。

吸気ポートから燃焼室内に流入した吸入空気（本流及び支流）は排気バルブの傘部に向けて流れ、同吸入空気の流動方向は同傘部の排気バルブ底面によって変更される。その後、吸入空気は、当該排気バルブ底面に沿って流れ、気筒の内周面に沿ってピストンの頂面に向けて流れることとなる。

また、凹部角度（ε）と吸気側傾斜角（β）との和を「２」で除した値（ρ）は、支流の流動方向の取付面を基準とする角度の代表値である。そのため、仮に当該値（ρ）が排気底面角度（θ）よりも大きいとすると、支流を排気バルブ底面に沿って流動させにくくなる。

そこで、上記内燃機関では、凹部角度（ε）と吸気側傾斜角度（β）との和を「２」で除した値（ρ）を、「０（零）」よりも大きく、且つ排気底面角度（θ）以下とすることが好ましい。このように凹部角度（ε）と吸気側傾斜角（β）との和を「２」で除した値（ρ）を、「０（零）」よりも大きく、且つ排気底面角度（θ）以下とすることにより、吸気ポートから燃焼室内に流入した吸入空気全体（本流及び支流）を排気バルブ底面に沿って流動させやすくなる。そして、こうした吸入空気は、排気バルブ底面に沿って流動した後、気筒の内周面に沿って流れるようになる。すなわち、吸入空気を燃焼室壁面に沿って流動させることができ、ひいては燃焼室内に強いタンブル流を発生させることができるようになる。

内燃機関の一実施形態の一部を示す断面図。 同内燃機関のシリンダヘッドを燃焼室側から見た場合における吸気ポート及び排気ポートの配置態様を示す模式図。 シリンダヘッドの吸気ポートの吸気接続部分を形成する前の状態であるシリンダヘッド粗材の一部を示す断面図。 同シリンダヘッド粗材に対してレーザクラッド加工を施している様子を模式的に示す断面図。 シリンダヘッド粗材に対して加工を施し、吸気ポートの吸気接続部分を形成するとともに、吸気ポートの周面に凹部を設けている様子を示す断面図。 同内燃機関の一部を示す断面図。 同内燃機関の吸気バルブの一部を示す断面図。 同内燃機関の一部を示す断面図。 吸気ポートの吸気接続部分とその周辺を拡大して示す模式図。 同内燃機関において、吸気ポートから燃焼室内に流入した吸入空気の流れを説明する作用図。 従来の内燃機関の一部を示す断面図。

以下、内燃機関を具体化した一実施形態を図１〜図１０に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の内燃機関１１は、シリンダブロック１２と、シリンダブロック１２の図中上部に取り付けられているシリンダヘッド１３とを備えている。シリンダヘッド１３においてシリンダブロック１２に取り付けられる図中下面を「取付面１３Ａ」というものとする。

内燃機関１１の内部には複数の気筒１４が形成されており、各気筒１４内には、図中上下方向に進退移動するピストン１５がそれぞれ設けられている。このピストン１５には、紙面に直交する方向に延びる機関出力軸１６がコネクティングロッド１７を介して連結されている。また、ピストン１５の頂面１５１とシリンダヘッド１３との間に、燃料と吸入空気とを含む混合気が燃焼される燃焼室１８が形成されている。なお、本明細書では、燃焼室１８を区画形成する面のことを「燃焼室壁面１８１」といい、この燃焼室壁面１８１は、気筒１４の内周面及びピストン１５の頂面１５１などによって構成されている。

図１及び図２に示すように、シリンダヘッド１３には、吸入空気を燃焼室１８内に流入させる吸気ポート１９と、燃焼室１８での混合気の燃焼によって生じた排気が排出される排気ポート２０とが設けられている。本実施形態の内燃機関１１にあっては、一つの気筒１４に対し、２つの吸気ポート１９と２つの排気ポート２０とが設けられている。そして、両吸気ポート１９から吸入空気が燃焼室１８内に流入されると、吸入空気が燃焼室壁面１８１に沿って流れることにより、図１に矢印で示すようなタンブル流が発生するようになっている。

また、内燃機関１１は、燃焼室１８に対して吸気ポート１９を開閉する吸気バルブ３０と、燃焼室１８に対して排気ポート２０を開閉する排気バルブ４０とを備えている。これら各バルブ３０，４０は、ロッド状をなす軸部３１，４１と、軸部３１，４１の先端に設けられている傘部３２，４２とを有している。吸気バルブ３０の傘部３２は、吸気ポート１９に臨む面であるポート側傘面３２１と、燃焼室１８に臨む面である吸気バルブ底面３２２とを有している。また、排気バルブ４０の傘部４２は、燃焼室１８に臨む面である排気バルブ底面４２１を有している。そして、吸気バルブ底面３２２及び排気バルブ底面４２１の双方は、燃焼室壁面１８１を構成する面の一部を構成している。なお、各バルブ３０，４０は、略円筒形状をなすバルブガイド２１，２２を介し、シリンダヘッド１３に対して軸部３１，４１の軸方向に移動自在な状態で支持されている。

吸気ポート１９は、燃焼室１８との接続部分である吸気接続部分１９１と、この吸気接続部分１９１の上流端に接続される上流部分である吸気上流部分１９２とを有している。吸気接続部分１９１の下流端には、吸気バルブ３０の傘部３２が当接する吸気用のバルブシート２６が設けられている。なお、この吸気用のバルブシート２６は、レーザークラッドバルブシートである。一方、排気ポート２０は燃焼室１８との接続部分である排気接続部分２０１を有しており、排気接続部分２０１には、排気バルブ４０の傘部４２が当接する排気用のバルブシート２７が設けられている。

なお、図１に示すように、吸気接続部分１９１は、燃焼室１８に近づくにつれて通路断面積が広くなっている。そして、吸気接続部分１９１において排気バルブ４０から離れている側（すなわち、図中右斜め下側）の部位は、吸気上流部分１９２に対してほぼ直角に接続されている。本明細書では、このように吸気上流部分１９２に対してほぼ直角に接続されている吸気接続部分１９１の部位のことを、「剥離壁１９１Ａ」という。

また、図１及び図２に示すように、機関出力軸１６の延びる方向（すなわち、図２における上下方向）を規定方向とした場合、吸気ポート１９の周面１９Ａの規定方向における両側の部位には、吸気ポート１９の延伸する方向に延びる凹部５０がそれぞれ設けられている。これら凹部５０の下流端は吸気接続部分１９１においてバルブシート２６よりも上流側に位置しており、凹部５０は吸気上流部分１９２と吸気接続部分１９１とに跨っている。

なお、凹部５０の深さは、上流端から下流に向かうにつれて次第に深くなっている。すなわち、凹部５０は、その下流端が最も深くなるように構成されている。
次に、図３〜図５を参照し、シリンダヘッド１３において吸気ポート１９の吸気接続部分１９１を形成する方法、同吸気接続部分１９１にバルブシート２６を設ける方法、及び、吸気ポート１９の周面１９Ａに凹部５０を形成する方法について説明する。

図３には、加工途中のシリンダヘッド１３であるシリンダヘッド粗材１３０の一部が図示されており、このシリンダヘッド粗材１３０に加工を施すことによりシリンダヘッド１３が形成される。図３に示すように、シリンダヘッド粗材１３０において吸気ポート１９の吸気接続部分１９１となる部分には、環状をなすクラッド堆積溝１３１と、クラッド堆積溝１３１よりも燃焼室１８から離れた位置に径方向内側に突出する環状の底板部１３２とが設けられている。

そして、図４に示すように、バルブシート２６の素材となる銅合金粉末をクラッド堆積溝１３１に供給しつつ、供給された銅合金粉末に対してレーザー出力装置４００からレーザービームが照射される。その結果、銅合金粉末がレーザービームによって溶融され、銅合金粉末が供給された部分に銅合金が肉盛りされた状態となる。

続いて、図５に示すように、底板除去刃具２００を用いることにより、吸気ポート１９に吸気接続部分１９１が形成されるとともに、吸気用のバルブシート２６の加工が施される。底板除去刃具２００において図中下端に位置する加工部２１０は、２段テーパ形状となっている。すなわち、加工部２１０の第１のテーパ部位２１１の直径、及び、第１のテーパ部位２１１よりも先端側に位置する第２のテーパ部位２１２の直径の双方は、図中下方に近づくにつれて小さくなっている。そして、第２のテーパ部位２１２の直径の縮小勾配は、第１のテーパ部位２１１の直径の縮小勾配よりも小さい。

こうした底板除去刃具２００を回転させつつ下方に移動させることにより、底板部１３２が切削される。このとき、底板部１３２において排気ポート２０に近い部分はほぼ削り取られる。この際、底板部１３２だけではなく、シリンダヘッド粗材１３０の本体もまた、底板除去刃具２００によって少しだけ削られることとなる。これにより、吸気ポート１９の吸気接続部分１９１は燃焼室１８に近づくにつれて通路断面積が広くなり、さらに、吸気接続部分１９１には剥離壁１９１Ａが設けられることとなる。

なお、この際、上記の銅合金の内周面の形状もまた、底板除去刃具２００によって加工される。その結果、吸気用のバルブシート２６が、吸気ポート１９の吸気接続部分１９１の下流端に形成されることとなる。

その次に、図５に示すように、凹部加工刃具３００を用いることにより、吸気ポート１９の周面１９Ａに凹部５０が形成される。凹部加工刃具３００は、略円柱形状をなしている。そして、こうした凹部加工刃具３００を回転させつつ吸気ポート１９内に移動させることにより、同吸気ポート１９の周面１９Ａの一部が削られる。その結果、吸気ポート１９に、同吸気ポート１９の延伸方向に延びる凹部５０が形成される。

ここで、図６及び図７を参照し、凹部５０の傾斜の度合いについて説明する。なお、図６に示される各種の角度は、シリンダヘッド１３の取付面１３Ａを基準とする相対角度である。

排気バルブ４０の傘部４２の排気バルブ底面４２１の取付面１３Ａを基準とした傾斜角度を「排気底面角度θ（例えば、１５〜３５°）」とし、吸気バルブ３０の傘部３２のポート側傘面３２１において排気バルブ４０に最も近い部分の、取付面１３Ａを基準とする傾斜角度を「吸気側傾斜角度β（例えば、−２０〜＋１５°）」とし、取付面１３Ａを基準とした凹部５０の延伸方向の傾斜角度を「凹部角度ε（例えば、２０〜５５°）」とする。すなわち、（ε＋β）／２＝ρとする。そして、吸気側傾斜角度βと凹部角度εとの和を「２」で除算した角度を「第１の中間線角度ρ（例えば、０（零）〜３５°）」とする。すなわち、（ε＋β）／２＝ρとする。このとき、第１の中間線角度ρは、「０（零）」よりも大きく、且つ排気底面角度θ以下となっている。言い換えると、凹部５０は、以下の関係式（式１）を満たすような形で形成されている。

−β＜ε≦２×θ−β ・・・（式１）
すなわち、凹部角度εの上限は、「２×θ−β」と等しい角度である。その一方で、凹部角度εの下限は「−β」ということとなるが、吸気ポート１９の周面１９Ａに、凹部角度εが「−β」となるような凹部５０を形成することはできない。そのため、凹部角度εの下限は「０（零）」と考えてよい。しかし、上述したように、本例では、燃焼室１８側から凹部加工刃具３００を吸気ポート１９内に移動させることで、凹部５０が形成される。そのため、凹部角度εが「０（零）」である場合、凹部加工刃具３００を吸気ポート１９内に進入させることができない。したがって、凹部角度εの実際の下限は、「０（零）」よりも大きく、凹部加工刃具３００の直径などの形状によって規定される。なお、上述したように、凹部５０は、吸気ポート１９の伸びる方向に延伸するように構成されている。そのため、吸気ポート１９の伸びる方向の取付面１３Ａを基準とした傾斜角度は、凹部角度εとはある程度の相関性を有している。

図７に示すように、吸気バルブ３０の傘部３２は、ポート側傘面３２１及び吸気バルブ底面３２２に加え、第１の接続面３２３及び第２の接続面３２４を有している。この第１の接続面３２３は、吸気バルブ３０の軸部３１の周面とポート側傘面３２１とを繋ぐ面である。また、第２の接続面３２４は、ポート側傘面３２１と吸気バルブ底面３２２とを繋ぐ面である。そして、第１の接続面３２３は、ポート側傘面３２１の径方向内側の端部に接続されており、第２の接続面３２４は、ポート側傘面３２１の径方向外側の端部に接続されている。吸気バルブ３０の軸線方向に沿って同吸気バルブ３０を切断した場合、第１の接続面３２３は円弧状をなしている。その一方、ポート側傘面３２１及び第２の接続面３２４は、ほぼ直線状をなしているものの、第２の接続面３２４の径方向長さはポート側傘面３２１の径方向長さと比較して極めて短い。

次に、図８及び図９を参照し、吸気ポート１９の吸気接続部分１９１の傾斜の度合いについて説明する。なお、図８に示される各種の角度は、シリンダヘッド１３の取付面１３Ａを基準とする相対角度である。

吸気ポート１９の周面１９Ａにおいて排気用のバルブシート２７に最も近い部分から吸気ポート１９の延伸方向に延びる部位を「吸気ポート上壁面１９Ａ１」とし、吸気ポート上壁面１９Ａ１の取付面１３Ａを基準とする傾斜角度を「吸気ポート上壁面角度α（例えば、３０〜４５°）」としたとする。この場合、吸気ポート上壁面角度αと上記の吸気側傾斜角度βとの和を「２」で除算した角度を「第２の中間線角度γ（例えば、５〜３０°）」とする。すなわち、（α＋β）／２＝γとする。このとき、第２の中間線角度γは、排気底面角度θ以下となっている。すなわち、（α＋β）／２≦θとなっている。言い換えると、吸気接続部分１９１は、以下の関係式（式２）を満たすような形で形成されている。

α≦２×θ−β ・・・（式２）
なお、吸気ポート上壁面角度αは、以下に説明するように求めることができる。すなわち、図９に示すように、吸気ポート１９における吸気接続部分１９１の剥離壁１９１Ａと吸気上流部分１９２との接続部位Ａを通り、吸気ポート上壁面１９Ａ１に垂直な垂線Ｌ１と吸気ポート上壁面１９Ａ１との交点Ａ１と、吸気ポート上壁面１９Ａ１における吸気接続部分１９１の下流端Ａ２とが設定される。そして、交点Ａ１と下流端Ａ２とを繋ぐ直線Ｌ２の取付面１３Ａを基準とする傾斜角度が、吸気ポート上壁面角度αとされる。上述の通り、吸気ポート上壁面角度αと凹部角度εとはある程度の相関性を有しており、両者の差の絶対値（＝｜α−ε｜）は１０°以下であることが好ましい。

ところで、吸気ポート１９から燃焼室１８内に吸入空気を流入させて同燃焼室１８内にタンブル流を発生させる際には、吸入空気を燃焼室壁面１８１に沿って流動させることにより、タンブル流を強くすることができる。すなわち、吸気ポート１９から燃焼室１８内に流入した吸入空気の流れの回転半径を大きくすることにより、燃焼室１８内で強いタンブル流が発生することとなる。

ちなみに、吸気ポート１９の吸気接続部分１９１と吸気バルブ３０の傘部３２との間を介して燃焼室１８内に流入した吸入空気の上記取付面１３Ａを基準とする傾斜角度が、排気バルブ底面４２１の角度である排気底面角度θ以下であるときには、当該吸入空気が排気バルブ底面４２１に向かいやすくなる。そのため、こうした場合、当該吸入空気は排気バルブ底面４２１に衝突し、その流動方向が変更されると、当該吸入空気が排気バルブ底面４２１に沿って流動するようになる。

一方、燃焼室１８内に流入した吸入空気の上記取付面１３Ａを基準とする傾斜角度が、排気バルブ底面４２１の角度である排気底面角度θよりも大きいときには、当該吸入空気が排気バルブ底面４２１に向かいにくくなる。そのため、こうした場合、燃焼室１８内での吸入空気の流れの回転半径が小さくなり、ひいてはタンブル流が弱くなりやすくなる。

ここで、凹部５０内に流入することなく吸気ポート１９から燃焼室１８内に流入した吸入空気の流れを「本流Ｘ１」とし、凹部５０を流れて燃焼室１８内に流入した吸入空気の流れを「支流Ｘ２」とする。このとき、本流Ｘ１の流動方向の上記取付面１３Ａを基準とする角度は、吸気ポート１９の吸気ポート上壁面１９Ａ１の傾斜角度である吸気ポート上壁面角度αと吸気側傾斜角度βとによって規制される。したがって、本流Ｘ１の流動方向の上記取付面１３Ａを基準とする角度は、吸気ポート上壁面角度αよりも小さく、且つ吸気側傾斜角度βよりも大きくなると推定することができる。

本実施形態の内燃機関１１では、吸気ポート上壁面角度αと吸気側傾斜角度βとの和を「２」で除算した値である第２の中間線角度γが、「０（零）」よりも大きく、且つ排気バルブ底面４２１の傾斜角度である排気底面角度θ以下となっている。この第２の中間線角度γは、本流Ｘ１の流動方向の取付面１３Ａを基準とする角度の代表値である。そのため、吸気ポート１９から燃焼室１８内に流入した本流Ｘ１が排気バルブ底面４２１に衝突し、その後、当該本流Ｘ１を形成する吸入空気は排気バルブ底面４２１に沿って流動することとなる。このとき、第２の中間線角度γが排気底面角度θに近いほど、排気バルブ底面４２１に沿った吸入空気の流れが形成されやすくなる。その結果、吸気ポート１９から燃焼室１８内に流入した吸入空気の流れの回転半径が小さくなりにくい。

ここで、仮に第２の中間線角度γが排気底面角度θよりも大きいとする。すると、この場合、吸気ポート１９から燃焼室１８内に流入した本流Ｘ１の流動方向の上記取付面１３Ａを基準とする傾斜角度が排気底面角度θよりも大きくなりやすい。そのため、当該吸入空気を排気バルブ底面４２１に沿って流動させにくくなり、結果として、吸気ポート１９から燃焼室１８内に流入した吸入空気の流れの回転半径が小さくなりやすい。

一方、凹部５０を流れて燃焼室１８内に流入した吸入空気の流れである支流Ｘ２の流動方向の上記取付面１３Ａを基準とする角度は、凹部角度εと吸気側傾斜角度βとによって規制される。したがって、支流Ｘ２の流動方向の上記取付面１３Ａを基準とする角度は、凹部角度εよりも小さく、且つ吸気側傾斜角度βよりも大きくなると推定することができる。

本実施形態の内燃機関１１では、凹部角度εと吸気側傾斜角度βとの和を「２」で除算した値である第１の中間線角度ρが、「０（零）」よりも大きく、且つ排気バルブ底面４２１の傾斜角度である排気底面角度θ以下となっている。この第１の中間線角度ρは、支流Ｘ２の流動方向の取付面１３Ａを基準とする角度の代表値である。そのため、凹部５０を通過した支流Ｘ２も排気バルブ底面４２１に沿って流動することとなる。このとき、第１の中間線角度ρが排気底面角度θに近いほど、支流Ｘ２についても排気バルブ底面４２１に沿って流動させやすくなる。その結果、吸気ポート１９から燃焼室１８内に流入した吸入空気全体（本流Ｘ１及び支流Ｘ２）の流れの回転半径が小さくなりにくい。

ここで、仮に第１の中間線角度ρが排気底面角度θよりも大きいとする。すると、この場合、凹部５０を流れて燃焼室１８内に流入した吸入空気の流れである支流Ｘ２の流動方向の上記取付面１３Ａを基準とする傾斜角度が排気底面角度θよりも大きくなりやすい。そのため、当該支流Ｘ２を形成する吸入空気を排気バルブ底面４２１に沿って流動させにくくなり、結果として、吸気ポート１９から燃焼室１８内に流入した吸入空気の一部（すなわち、支流Ｘ２を形成する吸入空気）の流れの回転半径が小さくなりやすい。

次に、図１０を参照し、本実施形態の内燃機関１１の作用について説明する。
吸気バルブ３０が開き始めると、吸気ポート１９を通じて吸入空気が燃焼室１８内に流入される。すなわち、凹部５０内に流入することなく吸気ポート１９を流れた本流Ｘ１、及び、凹部５０内を流動した支流Ｘ２の双方が、吸気ポート１９の吸気接続部分１９１と吸気バルブ３０の傘部３２との間を介して燃焼室１８内に流入される。

凹部５０は、吸気ポート１９の周面１９Ａにおいて上記規定方向における両側の部位に設けられているとともに、吸気ポート１９の延伸方向に延びている。そのため、吸気ポート１９の凹部５０から流出した支流Ｘ２が燃焼室１８内に向けてほぼ垂直（図１における下方）に流動することはない。そのため、凹部５０内に流入することなく吸気ポート１９から燃焼室１８内に流入した本流Ｘ１は、支流Ｘ２によってピストン１５側（すなわち、図１における下側）に押されにくい。

また、凹部５０は、下流端が最も深くなるように構成されている。そのため、図１０に示すように、支流Ｘ２は、本流Ｘ１の規定方向における両側で、当該本流Ｘ１に沿うようになる。その結果、吸気ポート１９内において燃焼室１８内に流入する直前で、本流Ｘ１と支流Ｘ２とがぶつかり合うことが抑制されるため、吸気バルブ３０の傘部３２の近傍での乱流の発生が抑制される。

そして、吸気ポート１９から燃焼室１８内に流入した吸入空気は、排気バルブ４０の傘部４２の排気バルブ底面４２１に向かうこととなる。そして、排気バルブ底面４２１によって流動方向が変更された吸入空気は、排気バルブ底面４２１に沿って流れた後、気筒１４の内周面に沿ってピストン１５に向けて流れる。その後、ピストン１５の頂面１５１に至った吸入空気は、この頂面１５１に沿って流れ、気筒１４の内周面を吸気バルブ３０に向けて流れる。このとき、吸気バルブ３０が未だ閉弁していない場合、このように燃焼室１８内を流れる吸入空気は、吸気ポート１９から流入している吸入空気と合流し、燃焼室１８内を、燃焼室壁面１８１に沿って図１における反時計回り方向に流動することとなる。

以上、上記構成及び作用によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）吸気ポート１９の周面１９Ａにおいて上記規定方向における両側に凹部５０が設けられているため、本流Ｘ１が支流Ｘ２によってピストン１５側に押されにくくなる。これにより、吸気ポート１９から燃焼室１８内に流入した吸入空気を排気バルブ底面４２１に向かわせやすくなる。そのため、当該吸入空気を排気バルブ底面４２１に沿って流動させることができ、ひいては燃焼室１８内での吸入空気の流れの回転半径が小さくなることを抑制することができる。したがって、燃焼室１８内に強いタンブル流を発生させることができる。

（２）具体的には、吸気ポート１９の凹部５０から燃焼室１８内に流入して排気バルブ底面４２１に向かう支流Ｘ２の流動方向の上記取付面１３Ａを基準とする傾斜角度を、「０（零）」よりも大きく、且つ排気バルブ底面４２１の傾斜角度である排気底面角度θ以下としている。このような構成により、本流Ｘ１及び支流Ｘ２の双方を含む吸入空気全体を排気バルブ底面４２１に沿って流動させやすくなる。その結果、吸入空気全体が、燃焼室壁面１８１に沿って流れるようになり、燃焼室１８内での吸入空気の流れの回転半径が小さくなりにくくなる。したがって、燃焼室１８内に強いタンブル流を発生させることができる。

（３）吸気接続部分１９１において排気バルブ４０から離れている側の部位は、吸気上流部分１９２に対してほぼ直角に接続されている剥離壁１９１Ａとなっている。その結果、燃焼室１８内での逆タンブル流の発生が抑制されるため、タンブル流を弱くなりにくくすることができる。

（４）なお、本実施形態の内燃機関１１では、吸気ポート１９の周面１９Ａの上記規定方向（すなわち、機関出力軸１６の延びる方向）における両側の部位に凹部５０が設けられている。そのため、周面１９Ａの規定方向における両側の部位のうち一方の部位に対してのみ凹部５０が設けられている場合と比較し、吸気ポート１９から燃焼室１８内への吸入空気の流入量を増大させることができる。

なお、上記実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・上記実施形態では、吸気ポート１９の周面１９Ａの上記規定方向における両側の部位に凹部５０が設けられている。しかし、これに限らず、吸気ポート１９の周面１９Ａの規定方向における両側の部位のうち、何れか一方の部位に対してのみ凹部５０を設けるようにしてもよい。すなわち、周面１９Ａの規定方向における両側の部位のうち、規定方向における外側の部位に対してのみ凹部５０を設けてもよいし、規定方向における内側の部位に対してのみ凹部５０を設けるようにしてもよい。この場合であっても、吸気ポート１９の周面１９Ａに凹部５０を設けない場合と比較し、吸気ポート１９から燃焼室１８内への吸入空気の流入量を増大させることができる。

・１つの気筒１４に対して設けられる吸気ポート１９の数は、２つ以外の数（例えば、１つや３つ）であってもよい。こうした場合であっても、吸気ポート１９の周面１９Ａにおいて上記規定方向における両側の部位のうち少なくとも一方の部位に凹部５０を設けることにより、上記（１）及び（２）と同等の効果を得ることができる。

１１…内燃機関、１２…シリンダブロック、１３…シリンダヘッド、１３Ａ…取付面、１６…機関出力軸、１８…燃焼室、１９…吸気ポート、１９１…吸気接続部分、１９２…吸気上流部分、１９Ａ…周面、３０…吸気バルブ、３２…傘部、３２１…ポート側傘面、４０…排気バルブ、４２…傘部、４２１…排気バルブ底面、２６…バルブシート、５０…凹部。

Claims (2)

1. シリンダヘッドに設けられている吸気ポートから燃焼室内に吸入空気を流入させることにより、同燃焼室内にタンブル流を発生させる内燃機関であって、
   前記吸気ポートは、前記燃焼室に接続されるとともに、同燃焼室に近づくにつれて通路断面積が広くなる接続部分と、同接続部分の上流端に接続されている上流部分とを有し、前記接続部分の下流端には、吸気バルブの傘部が当接するバルブシートが設けられており、
   前記吸気ポートの周面において機関出力軸の延伸する方向における両側の部位のうち、少なくとも一方の部位には、前記吸気ポートの延びる方向に延伸するとともに、前記接続部分と前記上流部分とに跨る凹部が設けられている
   ことを特徴とする内燃機関。
2. 前記シリンダヘッドは、シリンダブロックに取り付けられており、
   前記シリンダヘッドにおいて前記シリンダブロックに取り付けられる面を取付面とし、排気バルブの傘部において前記燃焼室に臨む面を排気バルブ底面とし、前記吸気バルブの傘部において前記吸気ポートに臨む面をポート側傘面とし、
   前記取付面を基準とした前記凹部の延伸する方向の角度を凹部角度（ε）とし、前記ポート側傘面において前記排気バルブに最も近い部分の、前記取付面を基準とする傾斜角度を吸気側傾斜角度（β）とし、前記排気バルブ底面の前記取付面を基準とする傾斜角度を排気底面角度（θ）とした場合、
   前記凹部角度（ε）と前記吸気側傾斜角度（β）との和を「２」で除した値（ρ）が、「０（零）」よりも大きく、且つ前記排気底面角度（θ）以下である
   請求項１に記載の内燃機関。