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WO1999064733A1 - Orifice d'admission de moteur a combustion interne - Google Patents

Orifice d'admission de moteur a combustion interne Download PDF

Info

Publication number
WO1999064733A1
WO1999064733A1 PCT/JP1999/002413 JP9902413W WO9964733A1 WO 1999064733 A1 WO1999064733 A1 WO 1999064733A1 JP 9902413 W JP9902413 W JP 9902413W WO 9964733 A1 WO9964733 A1 WO 9964733A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
intake port
shape
valve seat
internal combustion
combustion engine
Prior art date
Application number
PCT/JP1999/002413
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Akihiro Nishimura
Hiroshi Omote
Original Assignee
Yanmar Diesel Engine Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yanmar Diesel Engine Co., Ltd. filed Critical Yanmar Diesel Engine Co., Ltd.
Priority to US09/719,110 priority Critical patent/US6431140B1/en
Priority to EP99921155A priority patent/EP1087115A4/en
Priority to BR9911109-8A priority patent/BR9911109A/pt
Publication of WO1999064733A1 publication Critical patent/WO1999064733A1/ja

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/06—Valve members or valve-seats with means for guiding or deflecting the medium controlled thereby, e.g. producing a rotary motion of the drawn-in cylinder charge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B31/00—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an intake port shape of an internal combustion engine, and more particularly, to an intake port shape of an internal combustion engine in which swirl is generated by a direct port.
  • the shroud valve system is a structure in which a directional control shroud is formed in the intake valve.
  • the masked blade system is a valve seat and an annular stage for seat mounting as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-131284.
  • the flow cross section of the intake port is sharply reduced, and the flow coefficient is degraded. Also, since it is a plate-shaped member, there remains a problem in durability.
  • a crescent-shaped overhang is formed on the seat mounting step surface.
  • the amount of protrusion of the arc-shaped inner peripheral edge of the overhang becomes too large, the flow cross-sectional area of the intake air decreases significantly, and the flow coefficient deteriorates. I do.
  • An object of the invention of the present application is to suppress a part of the intake air flow that collides with the valve shaft and tends to flow in the reverse swirl direction, and to generate a strong swirl while suppressing the deterioration of the flow coefficient. It is also an object of the present invention to prevent uneven wear and maintain and improve durability.
  • annular step surface 14 for supporting a valve seat is formed at an intake port outlet portion of a cylinder head 1, and a valve sheet 4 is formed on the annular step surface 14.
  • the shape of the inner peripheral edge of the annular step surface 14 is such that the shape of the inner peripheral edge 4 a of the valve seat 4 is set as a reference circumference, and a projection protruding toward the valve shaft 11 side is provided at the intake port inlet side in the radial direction. It has an outlet 15
  • the overhanging portion 15 has a chevron shape that extends from the top portion 15a protruding most to the valve shaft side to the both sides in the circumferential direction with a gentle inclination and a skirt end is connected to the reference circumference,
  • the ridge-shaped back wall 1 On the side opposite to the valve seat side of the overhang portion 15, the ridge-shaped back wall 1 whose protrusion height decreases as going upstream in the intake port 2 and smoothly connects to the inner peripheral wall surface of the intake port 2 6 is formed.
  • annular step surface 14 for supporting a valve seat is formed at an intake port outlet of the cylinder head 1, and a valve sheet 4 is formed on the annular step surface 14.
  • the inner peripheral edge shape of the annular step surface 14 is such that the shape of the outer peripheral edge 4 a of the valve seat 4 is set as a reference circumference, and a projection protruding toward the valve shaft 11 side is formed at a portion of the intake port inlet side in the radial direction. It has an outlet 15
  • the overhanging portion 15 has a flat top portion 15a that protrudes most toward the valve stem side, and extends from the flat top portion 15a in an inclined manner to both sides in the circumferential direction, and a skirt end is connected to the reference circumference. It has a trapezoidal shape,
  • the ridge-shaped back wall whose protrusion height decreases as going upstream in the intake port 2 and smoothly connects to the inner peripheral wall surface of the intake port 2 16 is characterized.
  • the invention described in claim 3 of the present application relates to a cylinder head 1 having an intake port outlet.
  • a cylinder head 1 having an intake port outlet.
  • an annular step surface 14 for supporting a valve seat is formed in the portion, and the end surface of the valve sheet 4 is supported on the annular step surface 14,
  • the shape of the inner peripheral edge of the annular step surface 14 is such that the shape of the inner peripheral edge 4 a of the valve seat 4 is set as a reference circumference, and a projection protruding toward the valve shaft 11 side is provided at the intake port inlet side in the radial direction. It has an outlet 15
  • the overhang portion 15 is formed in a chord shape with respect to the reference circumference
  • a back wall 16 is formed, whose projection height decreases as going upstream in the intake port 2 and smoothly connects to the inner peripheral wall surface of the intake port 2 It is characterized by doing.
  • the invention described in claim 4 of the present application is directed to the intake port shape of the internal combustion engine described in claim 2 or 3, wherein the top 15a has a portion that keeps a certain distance from the valve shaft 11 circular. It is characterized in that a concave portion is formed.
  • the trapezoidal or chord-like projection projects toward the valve shaft side. It is characterized by forming a tip angle portion.
  • an intake port shape for an internal combustion engine according to any one of the first to fifth aspects, wherein a valve seat with a radius is provided as a valve seat.
  • the flow is straightened by the back wall 16 and distributed to both sides of the valve shaft to eliminate collision with the valve shaft, and the top portion 15a projecting most toward the valve shaft side is located upstream of the valve shaft 11 in the radial direction. Since the side space is narrowed to restrict the intake flow in the reverse swirl direction, the swirl can be strengthened.
  • a back wall 16 following the overhang 15 is formed upstream of the annular step surface 14. Since the flow cross-sectional shape is changed, the intake air is rectified from the upstream side in the intake port compared to the conventional shroud valve system or masked blade system, and pressure loss is reduced.
  • the projecting portion 15 is formed into a chevron shape that spreads at a gentle slope from the top portion 15a that protrudes toward the valve shaft side, so that the valve shaft 1 (1)
  • the ratio of the shielding area near the vicinity is increased, the intake flow that collides with the valve shaft 11 and tries to flow in the reverse swirl direction is effectively suppressed as described above, but the flow cross-sectional area is reduced. The amount of reduction can be reduced to prevent a decrease in the flow coefficient.
  • the shape of the protrusion is a combination of the above-mentioned mountain shape and a chordal shape or a trapezoidal shape, it is merely a mountain shape, a trapezoidal shape.
  • the swirl flow can be further enhanced by increasing the cross-sectional area of the overhang while suppressing a decrease in the flow coefficient as compared with a chord-shaped overhang.
  • FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view of a cylinder head of an internal combustion engine to which the invention described in claim 1 of the present application is applied.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III of FIG.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV of FIG.
  • FIG. 5 is a partial longitudinal sectional view of a cylinder head of an internal combustion engine to which the invention described in claim 6 of the present application is applied.
  • FIG. 6 is a sectional view of the same part as FIG. 2 to which the invention described in claim 2 of the present application is applied.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the same part as FIG.
  • FIG. 8 is a characteristic diagram comparing the characteristics of each embodiment of FIGS. 2, 6 and 7 with those of the prior art.
  • FIG. 9 shows the same part as FIG. 2 to which the invention described in claim 4 of the present application is applied. It is sectional drawing.
  • FIG. 10 is a sectional view of the same part as FIG. 2 to which the invention described in claim 4 of the present application is applied.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the same part as FIG. 2 to which the invention described in claim 5 of the present application is applied.
  • FIG. 12 is a sectional view of the same part as FIG. 2 to which the invention described in claim 5 of the present application is applied.
  • FIGS. 1 to 4 show an embodiment to which the invention described in claim 1 of the present application is applied.
  • FIG. 1 showing a partial longitudinal sectional view of a cylinder head 1
  • the intake port 2 is connected to an intake manifold (not shown) whose inlet end is open to the side of the cylinder head 1, passes through the valve shaft 11 and the valve head 12 of the intake valve 8, and burns. It communicates with room 10.
  • an annular step surface 14 and an enlarged hole 13 continuous with the annular step surface 14 are formed for mounting the valve seat 4, and the valve seat 4 is formed in the enlarged diameter hole 13 described above. It is fitted and abutted and supported on the annular stepped surface 14 to lay.
  • the shape of the inner peripheral edge 14 a of the annular step surface 14 is based on the reference circumference having the same diameter as the inner diameter D of the valve seat 4, and the valve shaft 1 1 is located on the upstream side in the radial direction (the right side in FIG. 1). It has an overhang 15 protruding to the side. On the upstream side of the overhang portion 15 in the direction of intake air flow (upper right side in Fig. 1), the amount of protrusion from the intake port inner peripheral wall surface 2b decreases toward the upstream side, and the intake port inner peripheral wall surface becomes smoother. A ridge-shaped back wall 16 leading to 2b is formed.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view taken along the line ⁇ - ⁇ of FIG.
  • the overhang portion 15 has a top portion 15 a projecting most toward the valve shaft side, and both sides in the circumferential direction from the top portion 15 a. It is formed in a mountain shape with a wide base from the gentle slope part 15 b spreading at a gentle slope. Both tail ends 15c are connected to the inner peripheral edge 14a of the step surface on the reference circumference without any particular radius.
  • width W is the valve shaft diameter d; ⁇ 2 times, amount of protrusion of top 15a
  • H is about 10 to 30% of the valve seat inner diameter (reference circular diameter) D.
  • the above range is the most suitable range for suppressing the decrease in the flow cross-sectional area of the intake port and effectively preventing the flow coefficient from deteriorating in the mountain-shaped overhang.
  • ifr W is approximately twice the valve shaft diameter d, and the protrusion amount (height) H of the top 15a is It is approximately 16% of the valve seat inner diameter D.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG. 1, and clearly shows that the cross-sectional shape of the back wall 16 is also a gently sloped mountain corresponding to the overhang 15.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 1, and clarifies the shape of the valve seat 4.
  • the main flow of intake air supplied from the intake manifold into the intake port 2 flows along the radially downstream intake port inner peripheral wall surface 2c, for example, as indicated by an arrow F1, It is supplied into the combustion chamber 10 and forms a swirl flow.
  • the intake air that hits the valve shaft 11 and flows in the reverse swirl direction in the past is in the middle of the intake port 2 Rectified by the ridge-shaped back wall 16 extending from the ridge to the overhanging portion 15 and distributed to both radial directions of the valve shaft 11 as shown by the arrow F 2, in the same forward swirl direction as the main flow F 1 And is supplied to the combustion chamber 10.
  • the top portion 15a protruding most toward the valve shaft narrows the space S on the radially upstream side of the valve shaft 11 to restrict the intake air flow in the reverse swirl direction, thereby further enhancing the swirl. be able to.
  • FIG. 6 is an embodiment to which the invention described in claim 2 of the present application is applied, and is a cross-sectional view of the same portion as FIG. 2 (corresponding to the II-II cross section in FIG. 1).
  • the projecting portion 15 formed at the end of the intake port in the radial direction has a flat top 15a and flared slopes 1 on both sides. It has a trapezoidal shape with 5 d.
  • the protruding amount H of the top 15a with respect to the reference circumference C is about 10 to 30% of the inner diameter D of the valve sheet, and the pitch W is about 1 to 4 times the valve shaft diameter d (7).
  • a back wall 16 is formed on the inner peripheral wall surface 2b of the intake port. Structures other than the overhang portion 15 and the back wall 16 are the same as those of the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, and the same components are denoted by the same reference numerals and overlapping description will be omitted.
  • FIG. 7 is an embodiment to which the invention described in claim 3 of the present application is applied
  • FIG. 2 is a cross-sectional view (corresponding to an II-II cross section in FIG. 1) of the same portion as FIG.
  • the projecting portion 15 formed at the end of the intake port in the radial direction on the inlet side is formed in a chord shape with respect to the base circumference C, and both ends are connected to the base circumference.
  • the dimension of the overhang portion 15 is such that the protrusion amount H of the top portion 15a with respect to the reference circumference C is about 10 to 30% of the valve sheet inner diameter D, and the width W is 1 to 4 of the valve shaft diameter d. It is about twice.
  • the amount of protrusion from the inner peripheral wall surface 2b of the intake port decreases as it goes upstream of the intake port as described in FIG.
  • a back wall 16 is formed on the inner peripheral wall surface 2b of the intake port. Structures other than the overhang portion 15 and the back wall 16 are the same as those of the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, and the same components are denoted by the same reference numerals and overlapping description will be omitted.
  • FIG. 8 shows the relationship between the third embodiment and the conventional crescent-shaped overhanging portion, the front steel strength P and the discontinuous portion cross-sectional area S.
  • the straight lines A1 and B1 have the characteristics when the overhang 15 is formed in a mountain shape as shown in FIG. 2 (first embodiment), and the straight lines A2 and B2 have the overhang 15
  • the characteristics in the case of forming a trapezoidal shape as shown in the figure (second embodiment) the straight lines A3 and B3 are obtained when the overhanging portion 15 is formed in a chord shape as shown in FIG.
  • the straight lines AO and B0 indicated by dashed lines show the characteristics when the overhanging portion 15 is formed in the crescent shape of the conventional example (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 8-189636). ing.
  • the flow coefficient ⁇ and the discontinuous area S are basically the relations that the flow coefficient ⁇ decreases as the discontinuous area S increases. Due to the difference in the shape of the protruding part, especially the ratio of the area near the valve shaft, the rate of decrease (slope) in the flow coefficient ⁇ differs. The rate of decrease is the largest for the conventional crescent shape (linear AO).
  • the decrease rate is the smallest, and in the case of the second and third embodiments of the trapezoidal shape and the chord shape (straight lines A2 and A3), The rate of decrease is larger than in the case of the first embodiment, but the rate of decrease is smaller than in the case of the conventional crescent shape.
  • the swirl strength P and the discontinuous section cross section S are basically the same as the discontinuous section cross section S increases.
  • the increase rate (slope) of the swirl strength P also differs due to the difference in the proportion of the area near the valve stem, especially in the overhang portion shape.
  • Line B0 has the smallest increase rate and the mountain-shaped first embodiment (Line B1) has the largest increase rate, and the trapezoidal and chordal second and third embodiments have the largest increase rate.
  • the rate of increase is smaller than in the case of the first embodiment, but is greater than in the case of the conventional crescent shape.
  • the swirl strength P is the smallest in the conventional crescent shape (straight line B0), and the third, second, and first embodiments
  • the steel strength P increases in the order of (B3, B2, B1).
  • the relationship between the flow coefficient 0 and the swirl strength P is compared through the discontinuous section S.
  • the flow coefficient 0 is maintained at a constant value ( ⁇ a)
  • the swirl strengths are PI, P2, and P3, respectively.
  • the swirl strength is P0 as indicated by the dashed arrows through the straight lines AO and B0.
  • the relationship of P1>P2>P3> P0 holds. That is, according to the first to third embodiments, it is possible to secure a large discontinuous portion cross-sectional area without lowering the flow coefficient and to generate a swirl strength larger than the swirl strength of the related art. is there.
  • FIG. 9 and FIG. 10 each show an embodiment to which the invention described in claim 4 is applied.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the same portion as FIG. 2 (section II-II in FIG. 1). (Equivalent figure).
  • the overhang 15 in FIG. 9 can be said to be a modification of the trapezoidal overhang in FIG. 6, and the top 15 a of the overhang 15 has a partial circular shape that maintains a certain distance from the valve shaft. A recess is formed.
  • the overhang portion 15 in FIG. 10 can be said to be a modification of the chordal overhang portion in FIG. 7, and the top (central portion) 15 a of the chordal overhang portion 15 has a valve stem.
  • a partially circular concave part that keeps a certain distance from 11 is formed.
  • the size of the overhang portion 15 is such that the protrusion amount H of the top portion 15a with respect to the reference circumference C is 10 to 30 of the inner diameter D of the valve seat. /.
  • the width W is about 1 to 4 times the valve shaft diameter d.
  • the projecting portions 15 in FIGS. 9 and 10 project as a whole to the valve stem side as compared with FIGS. 6 and 7, and increase the cross-sectional area.
  • the overhang portion 15 in FIGS. 9 and 10 can improve the swirl strength as compared with the simple trapezoidal and chordal shapes shown in FIGS. 6 and 7.
  • FIG. 11 and FIG. 12 are embodiments to which the invention described in claim 5 is applied, respectively, and are sectional views of the same part as FIG. 2 (section II-II in FIG. 1). (Equivalent figure).
  • the overhang portion 15 in FIG. 11 can be said to be a modification of the trapezoidal overhang portion in FIG. 6 described above, and the flat top portion 15 a has a chevron-shaped tip portion 1 that further projects toward the valve shaft side. 12 can be said to be a modified example of the chord-shaped overhang in FIG. 7, and the top (center) of the overhang 15
  • a mountain-shaped tip 15 e is further formed to protrude toward the valve shaft.
  • the fifth embodiment can be said to be a combination of the mountain-shaped overhang in FIG. 2 and the trapezoidal overhang in FIG. 6 or the chordal overhang in FIG.
  • the dimension of the overhang 15 is determined by the amount of protrusion H of the top 15a with respect to the reference circumference C.
  • the valve seat inner diameter D is about 10 to 30%, and the width W is the valve shaft diameter d :! About 4 times.
  • both the overhang portions 15 in FIGS. 11 and 12 have, for example, chordal or trapezoidal portions on both sides of the overhang portions in FIG. 2, that is, portions away from the valve shaft 11.
  • the cross-sectional area of the discontinuous portion is increased while suppressing the decrease of the flow coefficient, and the steel strength is improved.
  • FIG. 5 shows an embodiment to which the invention set forth in claim 6 is applied, and has a structure in which a valve seat 24 with a radius (R) is fitted as a knob seat.
  • the shape of the overhang portion 15 can be applied to any of the shapes shown in FIGS. 2, 6, 7, 7, 10, 10, 11 and 12.
  • Other structures are the same as those in FIG. 1, and the same parts and portions are denoted by the same reference numerals.
  • the rounded valve seat 24 itself is a well-known one, and a rounded surface 20 and 21 are formed on both sides (upper and lower sides) of the conical seat surface 23 in the axial direction.
  • valve seat 24 With the radius as described above, the separation of the intake flow at the boundary between the lower end of the seat surface 23 and the lower radius surface 21 is reduced. It is remarkable in the part where there is no flow, and the flow in the reverse swirl direction decreases relatively. Thereby, the swirl can be further strengthened.
  • the swirl flow can be strengthened, and the pressure loss can be reduced by rectifying the intake air. Therefore, the present invention is suitable for various internal combustion engines that generate swirl by the direct port.

Landscapes

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Description

明 細 書
内燃機関の吸気ポート形状
技術分野
本願発明は、 内燃機関の吸気ポート形状に関し、 特に、 ダイレクトポートによ つ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。
背景技術
この種内燃機関において、 吸気ポート内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。 シュラゥド弁方式は、 吸気弁に方向制御用のシュラゥドを形成した構造であり、 マスクドブレ一ト方式は、 特開昭 6 3— 1 3 1 8 2 4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— 1 8 9 3 6 6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。
発明の開示
(発明が解決しようとする技術的課題）
シュラウド弁方式では、 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。
マスク ドブレート方式では、 吸気ポートの流通断面が急激に減少することにな り、 流量係数が悪ィ匕する。 また、 板状部材なので耐久性にも問題が残る。
特開平 8 _ 1 8 9 3 6 6号の段付きポート方式は、 シート取付用段面に三 Θ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。
(発明の目的） 本願発明の目的は、 弁軸に衝突して逆ス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。
(その解決方法）
本願請求の範囲の第 1項に記載の発明は、 シリンダへッド 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 1 4を形成し、 該環状段面 1 4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 1 4の内周縁形状は、 バルブシート 4の内周縁 4 a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 1 1側に向いて突出する 張出部 1 5を有しており、
該張出部 1 5は、 最も弁軸側へと突出する頂部 1 5 aから周方向の両側へと緩 力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 1 5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 1 6を形成していることを特徴としている。
本願請求の範囲の第 2項に記載の発明は、 シリンダへッド 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 1 4を形成し、 該環状段面 1 4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 1 4の内周縁形状は、 バルブシート 4の內周縁 4 a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 1 1側に向いて突出する 張出部 1 5を有しており、
該張出部 1 5は、 最も弁軸側へと突出する頂部 1 5 aが平らで、 該平らな頂部 1 5 a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 1 5のバルブシ一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 1 6を形成していることを特徴としている。
本願請求の範囲の第 3項に記載の発明は、 シリンダへッド 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 1 4を形成し、 該環状段面 1 4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 1 4の内周縁形状は、 バルブシート 4の内周縁 4 a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 1 1側に向いて突出する 張出部 1 5を有しており、
該張出部 1 5は、 上記基準円周に対して弦状に形成されており、
張出部 1 5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つて吸気ポート 2の内周壁面に滑らかにつながる背壁 1 6を形成していることを特徴としている。
本願請求の範囲の第 4項に記載の発明は、 第 2項又は第 3項に記載の内燃機関 の吸気ポート形状において、 頂部 1 5 aに、 弁軸 1 1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。
本願請求の範囲の第 5項に記載の発明は、 第 2項又は第 3項に記載の内燃機関 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。
本願請求の範囲の第 6項に記載の発明は、 第 1項乃至第 5項のいずれかに記載 の内燃機関の吸気ポート形状において、 バルブシ一トとしてアール付きバルブシ —トを設けていることを特徴としている。
(従来技術より有効な効果）
( 1 ) 従来なら弁軸あるいは弁傘部に衝突して逆スワー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 1 4の張出部 1 5に至る までに、 背壁 1 6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 1 5 aにより弁軸 1 1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、 スヮ ールを強化することができる。
( 2 ) 従来のシュラウド弁方式のように吸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。
( 3 ) 環状段面 1 4の上流側に、 張出部 1 5に続く背壁 1 6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ブレ 一ト方式に比べて、 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。
( 4 ) さらに、 請求の範囲の項 1項に記載の発明では、 張出部 1 5は弁軸側へ突 出する頂部 1 5 aから緩やかな傾斜で広がる山形とすることにより、 弁軸 1 1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 1 1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。
( 5 ) 請求の範囲の第 2項又は第 3項に記載の発明では、 少なくとも張出部の頂 部が平面状となっているので、 铸造成形が容易である。
( 6 ) 請求の範囲の第 4項又は第 5項に記載の発明では、 上記山形状と、 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。
( 7 ) 請求の範囲の第 6項に記載の発明のように、 バルブシートとしてアール付 きバルブシート 2 4を設けていると、 シート面 2 3の下端と下側のアール面 2 1 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。 これによりスヮー ルをさらに強化させることができる。
図面の簡単な説明
第 1図は、 本願請求の範囲の第 1項に記載の発明を適用した内燃機関のシリン ダヘッドの縦断面部分図である。 第 2図は、 第 1図の II- II断面図である。 第 3 図は、 第 1図の III - III断面図である。 第 4図は、 第 1図の IV-IV断面図である。 第 5図は、 本願請求の範囲の第 6項に記載の発明を適用した内燃機関のシリンダ ヘッドの縦断面部分図である。 第 6図は、 本願請求の範囲の第 2項に記載の発明 を適用した第 2図と同じ部分の断面図である。 第 7図は、 本願請求の範囲の第 3 項に記載の発明を適用した第 2図と同じ部分の断面図である。 第 8図は、 第 2図、 第 6図及び第 7図の各実施の形態と従来技術との特性を比較した特性線図である。 第 9図は、 本願請求の範囲の第 4項に記載の発明を適用した第 2図と同じ部分の 断面図である。 第 1 0図は、 本願請求の範囲の第 4項に記載の発明を適用した第 2図と同じ部分の断面図である。 第 1 1図は、 本願請求の範囲の第 5項に記載の 発明を適用した第 2図と同じ部分の断面図である。 第 1 2図は、 本願請求の範囲 の第 5項に記載の発明を適用した第 2図と同じ部分の断面図である。
発明を実施するための最良の形態
(請求の範囲の第 1項に記載の発明を適用した第 1の実施の形態）
第 1図乃至第 4図は本願請求の範囲の第 1項に記載の発明を適用した実施の形 態であり、 シリンダへッド 1の縦断面部分図を示す第 1図において、 ダイレク ト タイプの吸気ポート 2は、 入口端がシリンダへッド 1の側面に開口して図示しな い吸気マユホールドに接続し、 吸気弁 8の弁軸 1 1及び弁傘 1 2部分を経て、 燃 焼室 1 0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 1 4及びこれに連続する拡径孔 1 3が形成されており、 バル ブシート 4は上記拡径孔 1 3に嵌着されると共に環状段面 1 4に当接支持されて レヽる。
環状段面 1 4の内周縁 1 4 aの形状は、 バルブシート 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 （第 1図の右側） に弁軸 1 1側へと突出 する張出部 1 5を有している。 張出部 1 5の吸気流方向の上流側 （第 1図の右上 側） には、 上流側に行くに従い吸気ポート内周壁面 2 bからの突出量が減少して 滑らかに吸気ポート内周壁面 2 bにつながる尾根状の背壁 1 6が形成されている。 第 2図は第 1図の Π-Π断面拡大図であり、 張出部 1 5は、 最も弁軸側へと突 出する頂部 1 5 aと、 該頂部 1 5 aから周方向の両側へと緩やかな傾斜で広がる 緩斜部 1 5 b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 1 5 cは 基準円周上の段面内周縁 1 4 aに対し、 特にアール等を取ることなくつながって いる。
張出部 1 5の寸法は、 幅 Wが弁軸直径 dの;！〜 2倍程度、 頂部 1 5 aの突出量
(高さ） Hがバルブシート内径 （基準円直径） Dの 1 0〜3 0 %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、 ifr Wが弁軸直径 dの略 2倍、 頂部 1 5 aの突出量 （高さ） Hが バルブシート内径 Dの略 1 6 %となっている。
第 4図は第 1図の IV- IV断面拡大図であり、 背壁 1 6の断面形状も前記張出部 1 5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。
第 3図は、 第 1図の III- III断面拡大図であり、 バルブシート 4の形状を明確 にしている。
第 1図において、 吸気マ二ホールドから吸気ポート 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 1 0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 2 b側） では、 従来なら仮想線の矢印 f 3で示すように弁軸 1 1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 1 5へと至る尾根状の背壁 1 6により整流されると共に矢印 F 2で示すように弁 軸 1 1の径方向両側に振り分けられ、 前記主流 F 1と同様な順スワール方向の流 れとなり、 燃焼室 1 0に供給される。 しかも、 最も弁軸側へと突出している頂部 1 5 aにより弁軸 1 1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。
(請求の範囲の第 2項に記載の発明を適用した第 2の実施の形態）
第 6図は本願請求の範囲の第 2項に記載の発明を適用した実施の形態であり、 前記第 2図と同じ部分の断面図 （第 1図の II- II断面相当図） である。 該第 6図 において、 径方向の吸気ポート入口側 （第 6図の右側） 端部に形成される張出部 1 5は、 頂部 1 5 aが平らに形成され、 両側に末広がりの傾斜部 1 5 d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 1 5 aの突出量 Hがバルブシ 一ト内径 Dの 1 0〜 3 0 %程度であり、 Ψ葛 Wは弁軸直径 d (7) 1 ~ 4倍程度である。 張出部 1 5の吸気流方向の上流側には、 前記第 1図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 2 bからの突出量が減少して滑ら かに吸気ポート内周壁面 2 bにつながる背壁 1 6が形成されている。 上記張出部 1 5及び背壁 1 6以外の構造は第 1図〜第 4図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。
(本願請求の範囲の第 3項に記載の発明を適用した第 3の実施の形態） 第 7図は本願請求の範囲の第 3項に記載の発明を適用した実施の形態であり、 前記第 2図と同じ部分の断面図 （第 1図の II - II断面相当図） である。 該第 7図 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 1 5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つている。
張出部 1 5の寸法は、 基準円周 Cに対する頂部 1 5 aの突出量 Hがバルブシ一 ト内径 Dの 1 0〜3 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 1 5の吸気流方向の上流側には、 前記第 1図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 2 bからの突出量が減少して滑ら かに吸気ポート内周壁面 2 bにつながる背壁 1 6が形成されている。 上記張出部 1 5及び背壁 1 6以外の構造は第 1図〜第 4図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。
(第 1〜第 3の実施の形態と従来技術との特性比較）
第 8図は、 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 1 5 ) の断面積 Sであり、 上部の直線 Α 1〜 A3及び AO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〜B 3及び B 0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っレ、てのスヮール強さ Pと不連続部断面積 Sとの関係 を示している。
すなわち、 直線 A1及び B 1は張出部 1 5を第 2図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 B 2は張出部 1 5を第 6図のように台 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 B 3は張出部 1 5 を第 7図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 AO及び B 0は張出部 1 5を従来例 （特開平 8 _ 1 8 9 3 6 6号） の三日 月形状に形成した場合の特性を示している。
直線 A1〜A3及び AOで示されているように、 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 力 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） 力相違しており、 従来の三日月形状 （直線 AO)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 A 1) 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レ、が、 従来の三日月形状の場合より は低下率は小さくなつている。
したがって、 一定の流量係数 0 aでの各不連続部断面積 Sl〜 S3及び SO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 Sl、 S2、 S3はいずれも従来技術の断面積 SO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 φ a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 AO) 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つている。
直線 B 1〜 B 3及び B 0で示されているように、 スヮール強さ 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 B 1) 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 S月形状の場合よりは増加率は大きくなっている。
したがって、 張出部の断面積 Sを仮に S1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 （ B 3, B 2， B 1)の順でスヮール強さ Pが大きくなつている。
次に、 流量係数 0とスワール強さ Pとの関係を、 不連続部断面積 Sを介して比 較する。 流量係数 0を一定値 (Φ a) 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 A 1〜 A3及び B1〜B 3を経て導かれ るように、 スワール強さはそれぞれを PI, 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 AO及び B0を経て導かれるようにスワール強さ P 0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。 すなわち、 第 1〜第 3の実施の形態によると、 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。
(請求の範囲の第 4項に記載の発明を適用した第 4の実施の形態）
第 9図及び第 1 0図はそれぞれ請求の範囲の第 4項に記載の発明を適用した実 施の形態であり、 前記第 2図と同じ部分の断面図 （第 1図の II- II断面相当図） である。 第 9図の張出部 1 5は、 前記第 6図の台形状張出部の変形例ということ でき、 張出部 1 5の頂部 1 5 a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。 第 1 0図の張出部 1 5は、 前記第 7図の弦状張出部の変形例という ことができ、 弦状張出部 1 5の頂部 （中央部） 1 5 aに、 弁軸 1 1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 1 5の寸法は、 基準円周 Cに対す る頂部 1 5 aの突出量 Hがバルブシート内径 Dの 1 0〜 3 0。/。程度であり、 幅 W は弁軸直径 dの 1〜4倍程度である。
第 9図及び第 1 0図の張出部 1 5は、 いずれも全体としては第 6図及び第 7図 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 1 1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、 第 9図及び第 1 0図の張出部 1 5は、 第 6図及び第 7図に示 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。
(請求の範囲の第 5項に記載の発明を適用した第 5の実施の形態）
第 1 1図及び第 1 2図はそれぞれ請求の範囲の第 5項に記載の発明を適用した 実施の形態であり、 前記第 2図と同じ部分の断面図 （第 1図の II- II断面相当 図） である。 第 1 1図の張出部 1 5は、 前記第 6図の台形状張出部の変形例とい うことができ、 平面状頂部 1 5 aに、 弁軸側へさらに突出する山形先端部 1 5 e を形成しており、 第 1 2図の張出部 1 5は、 前記第 7図の弦状張出部の変形例と いうことができ、 張出部 1 5の頂部 （中央部） に、 弁軸側へさらに突出する山形 先端部 1 5 eを形成している。 要するにこれら第 5の実施の形態は、 第 2図の山 形状張出部と第 6図の台形状あるいは第 7図の弦状張出部とを組み合わせた形状 ともいえる。 張出部 1 5の寸法は、 基準円周 Cに対する頂部 1 5 aの突出量 Hが バルブシート内径 Dの 1 0〜 3 0 %程度であり、 幅 Wは弁軸直径 dの:！〜 4倍程 度である。
したがって、 第 1 1図及び第 1 2図のいずれの張出部 1 5も、 たとえば第 2図 の張出部の両側部分、 すなわち弁軸 1 1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、 スヮー ル強さを向上させている。
(その他の実施の形態）
第 5図は請求の範囲の第 6項に記載の発明を適用した実施の形態であって、 ノ ルブシートとして、 アール （R) 付きのバルブシート 2 4を嵌着した構造である。 張出部 1 5の形状は第 2図、 第 6図、 第 7図、 第 9図、 第 1 0図、 第 1 1図又は 第 1 2図のいずれの形状のものでも適用できる。 その他の構造は第 1図と同様で あり、 同じ部品及ぴ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 2 4自体は周知のものであり、 円錐状に形成されたシート面 2 3の軸心方向両側 (上下側） にそれぞれァ一ル面 2 0， 2 1を形成してある。
このようにアール付きのバルブシート 2 4を用いることにより、 シート面 2 3 の下端と下側のアール面 2 1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。
産業上の利用の可能性
本願発明による吸気ポート形状によると、 スワール流を強化できると共に、 吸 気を整流することにより、 圧力損失をほらすことができるので、 ダイレクトポー トによってスワールを発生させる各種内燃機関に適している。

Claims

請 求 の 範 囲
1. シリンダへッド （1 ) の吸気ポート出口部にバルブシ一ト支持用の環状段 面 （1 4) を形成し、 該環状段面 （1 4) 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 （1 4) の内周縁形状は、 バルブシート （4) の内周縁 （4 a) 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 （1 1) 側 に向いて突出する張出部 （1 5) を有しており、
該張出部 （1 5) は、 最も弁軸側へと突出する頂部 （1 5 a) 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 （1 5) 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つて吸気ポート （2) の内周壁面に滑らかにつ ながる尾根状の背壁 （1 6) を形成していることを特徴とする内燃機関の吸気ポ —ト形状。
2. シリンダへッド （ 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 （1 4) を形成し、 該環状段面 （1 4) 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 （4 a) 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 （1 1) 側 に向いて突出する張出部 （1 5) を有しており、
該張出部 （1 5) は、 最も弁軸側へと突出する頂部 （1 5 a) が平らで、 該平 らな頂部 （1 5 a) 力、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 （1 5) 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つて吸気ポート （2) の内周壁面に滑らかにつ ながる尾根状の背壁 （1 6) 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。
3. シリンダへッド （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 （1 4) 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 （1 4) の内周縁形状は、 バルブシート （4) の内周縁 （4 a) 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 （1 1) 側 に向いて突出する張出部 （1 5) を有しており、
該張出部 （1 5) は、 上記基準円周に対して弦状に形成されており、 張出部 （1 5) 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つて吸気ポート （2) の内周壁面に滑らかにつ ながる背壁 （1 6) 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。
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 （1 5 a) に、 弁軸 （1 1) 力 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。
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。
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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