JP2906932B2

JP2906932B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP2906932B2
Application number: JP5196634A
Authority: JP
Inventors: 弘光安東; 廉平子; 祥吾大森; 純竹村; 泰造北田; 捷雄秋篠; 保樹田村; 道博畠; 均一岩知道; 政行元持; 俊介松尾; 信明村上; 恵三古川
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1992-09-25
Filing date: 1993-06-04
Publication date: 1999-06-21
Anticipated expiration: 2014-06-21
Also published as: JPH06159076A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼室内に流入する吸
気の流れに方向付けをする吸気ポートを備えた内燃機
関、特に、方向付けされた吸気の流れにより、燃焼室内
にタンブル流を生成する層状燃焼内燃機関に用いて好適
な内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、燃焼室内の燃焼特性を改善す
ることを目的として、同燃焼室内に流入する吸気の流れ
に方向付けをするように吸気ポート形状を設定した内燃
機関が知られている。また低燃費運転を目的として、燃
焼室内に混合気の濃い層を生成し、この濃い層に点火す
ることより、全体として空燃比の薄い混合気を着火可能
にした層状燃焼内燃機関が知られている。そして燃焼室
内に混合気の濃い層を生成する方法として、燃焼室内に
流入する吸気の流れに吸気ポートにより方向付けをして
燃焼室内に層状の旋回流を生成することも知られてお
り、その１つとして、例えば図３７、図３８に示すよう
な縦向きの層状の縦渦（Vertical-Vortex ）、すなわち
タンブル流を発生させる層状燃焼内燃機関が、すでに実
用化されている。

【０００３】図３７、図３８は、２吸気ポート式内燃機
関の１つの気筒構造を示す。同図において、符号３２２
はシリンダブロック、３２４はシリンダボア、３２６は
ピストン、３２８はシリンダヘッド、３３０は燃焼室で
ある。そして、３３４は燃焼室３３０の上壁部であり、
２つの斜面３３４ａ，３３４ｂを有するペントルーフ型
に形成されている。吸気ポート３４０，３４２が燃焼室
３３０の上壁部３３４の斜面３３４ａにそれぞれ開口さ
れ、両開口にはそれぞれ吸気弁３５８が設置されてい
る。なお図中の符号３４７は排気通路３６０に連通する
排気ポート、３５９は排気弁である。そして各吸気ポー
ト３４０，３４２からの燃焼室３３０内に流入した吸気
は、斜面３０ｂに沿って各吸気ポート３４０，３４２の
延長軸線上のシリンダボア３２４の内壁面に向かって流
れ、これにより、燃焼室３３０内にそれぞれ矢印Ｆａ，
Ｆｍで示すようなタンブルを生成する。

【０００４】また図３７に示すように、一方の吸気ポー
ト３４２のみにインジェクタ３１２が設けられ、点火プ
ラグ３１０は、このイジェクタ３１２を装備した吸気ポ
ート部分３４２の吸気弁３５８の近傍に配設されてい
る。このため、この点火プラグ３１０の近傍には、イン
ジェクタ３１２から噴射された燃料と吸入空気とによる
混合気のタンブル流Ｆｍが形成され、これにより燃焼室
３３０内に、混合気のタンブル流Ｆｍと空気のタンブル
流Ｆａとの層状化したタンブル流が形成される。

【０００５】したがって、燃焼室３３０内の空気と燃料
との空燃比が大きい状態、つまり燃焼室３３０全体とし
ては燃料濃度が薄い希薄燃焼時であっても、点火プラグ
３１０の周りには他の部分よりも濃い混合気が存在して
いるため、安定した燃焼状態を得るとができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、燃焼室３３
０内のタンブル流Ｆａ，Ｆｍを生成するように、吸気ポ
ート３４０，３４２から流入する吸気に方向付けをする
ため、各吸気ポート３４０，３４２は燃焼室３３０の近
傍までほぼストレート形状を成している。各吸気ポート
３４０，３４２におけるこの方向付けを行う部分は、ス
トレート形状の他に曲率が極めて小さい湾曲形状も考え
られるが、何れにしても、各吸気ポート３４０，３４２
は、燃焼室３３０において最も大きな曲率をもって湾曲
することになり、吸気の流れに関してこの湾曲した部分
の流通断面積が小さくなって十分に吸気量を確保でき
ず、所望のタンブル流が得られなかったり、所望の最大
吸気量を得られない等の不具合が生じる恐れがある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃焼室内に吸
入される吸気流の方向付け機能を劣化することなく、十
分な吸気量を確保できる内燃機関を提供し、さらに燃焼
室内により強力なタンブル流を生成できる内燃機関を提
供することを目的とするものであり、第１の発明は、シ
リンダ内面と同シリンダ内に嵌挿されるピストンの上面
とシリンダヘッド下面とで定められた燃焼室と、上記シ
リンダヘッド下面に設けられ吸気弁によって開閉される
吸気開口を有する吸気ポートとを備え、上記吸気ポート
が上記吸気開口近傍にてその上流側よりも大きな曲率で
もって湾曲された湾曲部を有する内燃機関において、上
記吸気ポートにおける上記吸気開口近傍の湾曲された部
分が、上記吸気開口の内壁よりも大きな内径を有する膨
らみを備えると共に、上記吸気ポートの上記吸気開口が
上記シリンダの軸線を含む仮想平面の一側に設けられ、
上記吸気ポートが、上記吸気開口から上記仮想平面の他
側に向けて吸気が流れるように吸気流に方向付けをする
ための略ストレート形状部分を、上記湾曲された部分の
上流側に備え、これにより上記燃焼室内でタンブル流を
生成することを特徴とする。

【０００８】第２の発明は、シリンダ内面と同シリンダ
内に嵌挿されるピストンの上面とシリンダヘッド下面と
で定められた燃焼室と、シリンダ軸線を含む仮想平面の
一側の上記シリンダヘッドに配設され、それぞれ吸気弁
によって開閉される吸気開口を有し、吸入空気により上
記燃焼室内のほぼ全体において互いに平行でかつ同じ向
きのタンブル流を生成するように、上記吸気開口から上
記シリンダヘッド下面にそって上記仮想平面の他側に向
けて上記燃焼室内に吸気を流入する複数の吸気ポート
と、上記燃焼室の内面における上記吸気ポートの１つか
ら流入する吸気流に臨む位置に設けられた点火プラグ
と、上記点火プラグの位置に対応する上記吸気ポートの
１つに燃料を供給し、これにより吸気行程において上記
燃焼室内に層状のタンブル流を生成せしめる燃料供給手
段とを備え、上記複数の吸気ポートは、上記燃焼室内に
流入する吸気の方向付けをするための方向付け部分と、
上記方向付け部分の下流側端と上記吸気開口とを接続す
る湾曲部とを有し、上記湾曲部が上記吸気開口の内径よ
りも大きな内径を有する膨らみを備えたことを特徴とす
る。

【０００９】第３の発明は、シリンダ内面と同シリンダ
内に嵌挿されるピストンの上面とシリンダヘッド下面と
で定められた燃焼室と、シリンダ軸線を含む仮想平面の
一側の上記シリンダヘッドに配設され、それぞれ吸気弁
によって開閉される吸気開口を有し、吸入空気により上
記燃焼室内のほぼ全体において互いに平行なかつ同じ向
きのタンブル流を生成するように、上記吸気開口から上
記シリンダ下面にそって上記仮想平面の他側に向けて吸
気を上記燃焼室内に流入する２つの吸気ポートと、上記
吸気ポートのうち少なくとも一方を複数の通路に区画す
る縦隔壁と、上記燃焼室の内面における上記吸気通路の
吸気開口の少なくとも１つに臨む位置に設けられた点火
プラグと、上記点火プラグの位置に対応する吸気開口に
接続される上記通路に燃料を供給し、これにより吸気行
程において上記燃焼室内に層状のタンブル流を生成せし
める燃料供給手段とを備え、上記２つの吸気ポートは、
上記燃焼室内に流入する吸気の方向付けをするための方
向付け部分と、上記方向付け部分の下流側端と上記吸気
開口とを接続する湾曲部とを有し、上記湾曲部が上記吸
気開口の内径よりも大きな内径を有する膨らみを備えた
ことを特徴とする。

【００１０】

【作用】第１の発明によれば、燃焼室を形成するシリ
ンダヘッド下面に設けられた吸気弁によって、開閉され
る吸気開口を有する吸気ポートにおいて、上記吸気開口
近傍がその上流側よりも大きな曲率で湾曲されている湾
曲部が、上記吸気開口の内径よりも大きな内径を有する
ので、湾曲部での流路断面積を十分に保つことが可能と
なり、所望の吸気流量を得ることができると共に、上記
吸気開口からシリンダヘッド下面に沿って上記仮想平面
の他側に向けて吸気を流入し、燃焼室内のほぼ全体にお
いて互いに平行でかつ同じ向きで所望する十分な量のタ
ンブル流を生成できるものである。

【００１１】第２の発明によれば、シリンダ軸線を含む
仮想平面の一側の上記シリンダヘッド下面に配設され、
それぞれ吸気弁によって開閉される吸気開口を有する複
数の吸気ポートが、吸気の方向付け部によって、吸気流
の方向付けを行うとともに、この方向付け部と方向付け
部の下流側端と吸気開口とを接続する湾曲部を持ち、こ
の湾曲部が吸気開口の内径よりも大きな内径を有して所
望の吸気量を確保しているので、上記吸気開口からシリ
ンダヘッド下面に沿って上記仮想平面の他側に向けて吸
気を流入し、燃焼室内のほぼ全体において互いに平行で
かつ同じ向きで所望する十分な量のタンブル流を生成で
きるものである。さらに燃料供給手段が、上記吸気ポー
トの１つから流入する吸気流に臨む位置に設けられた点
火プラグに対応した吸気流に燃料を供給することで、吸
気行程において燃焼室内に層状のタンブル流を生成する
ものである。

【００１２】第３の発明によれば、シリンダ軸線を含む
仮想平面の一側の上記シリンダヘッド下面に配設され、
それぞれ吸気弁によって開閉される吸気開口を有する２
つの吸気ポートが、吸気の方向付け部によって、吸気流
の方向付けを行うとともに、この方向付け部と方向付け
部の下流側端と吸気開口とを接続する湾曲部を持ち、こ
の湾曲部が吸気開口の内径よりも大きな内径を有して所
望の吸気量を確保しているので、上記吸気開口からシリ
ンダヘッド下面に沿って上記仮想平面の他側に向けて吸
気を流入し、燃焼室内のほぼ全体において互いに平行で
かつ同じ向きで所望する十分な量のタンブル流を生成で
きるものである。さらに上記吸気ポートの少なくとも一
方を複数の通路に区画する縦隔壁を設け、上記燃焼室の
内面における上記通路の吸気開口の少なくとも１つに臨
む位置に点火プラグが設けられ、その点火プラグに対応
する吸気開口に接続される上記通路に燃料を供給するす
るため、互いに平行な層状のタンブル流が生成できるも
のである。

【００１３】

【実施例】本発明の第１実施例について図１〜図１３を
用いて説明する。まず図１および図３を用いて第１実施
例の層状燃焼内燃機関の概略構成を説明する。内燃機関
の各気筒には、シリンダブロック２２に形成されたシリ
ンダボア２４とピストン２６とシリンダヘッド２８とで
囲撓されて、燃焼室３０が形成されている。この燃焼室
３０には吸気ポート４６が連通されている。この吸気ポ
ート４６は、詳細には、分岐部４６Ｃによって二分さ
れ、それぞれ燃焼室３０に開口する２つの吸気ポート部
分４６Ａ，４６Ｂを有するサイアミーズポートとなって
いる。各吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂの燃焼室３０へ
の吸気開口には、それぞれ吸気開口を開閉する吸気弁５
８が配設されている。また、燃焼室３０への排気ポート
４７が接続されている。排気ポート４７は、詳細には、
途中で二分され、それぞれ燃焼室３０内に開口する２つ
の排気ポート部分４７Ａ，４７Ｂを有するサイアミーズ
ポートとなっている。各排気ポートの燃焼室３０への開
口には、排気弁６１が配置されている。なお、各吸気ポ
ート部分４６Ａ，４６Ｂは、シリンダ軸線Ｌを含む仮想
平面ＦＣの一側で燃焼室３０に開口し、各排気ポート部
分４７Ａ，４７Ｂは仮想平面ＦＣの他側で燃焼室３０に
開口している。また、シリンダヘッド２８の下面６０に
より定められる燃焼室３０の天井は、ほぼ仮想平面ＦＣ
上に頂上を有するように２つの斜面６０ａ，６０ｂを備
えたペントルーフ型に形成されている。また、燃焼室３
０の天井のほぼ中心には着火手段としての点火プラグ１
１が設けられている。

【００１４】吸気ポート４６における分岐部４６Ｃの上
流側部分には、後で詳述する燃料供給手段としてのイン
ジェクタ１２が取り付けられている。このインジェクタ
１２により、燃料が吸気ポート４６の分岐部４６Ｃ付近
より下流側に向けて噴射される。

【００１５】各吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂの軸心線
１Ａ，１Ｂは、図１及び図２に示すように、互いに平行
な直線になっている。つまり、各吸気ポート部分４６
Ａ，４６Ｂは互いに平行な直線状の吸気流を生み出す方
向付け部を有している。そして、各吸気ポート部分４６
Ａ，４６Ｂからの吸気は、互いに平行な状態で燃焼室３
０に流入するようになっている。吸気行程においてこの
各吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂから燃焼室内に流入し
た吸気は、燃焼室天井を形成するシリンダヘッド２８の
下面６０の斜面６０ｂに沿って、仮想平面ＦＣの上記他
側へ流れ、さらに該吸気はシリンダボア２４の内面に沿
って下降してピストン上面３５へ流れ、そしてさらに該
吸気はシリンダボア２４の内面に沿って上昇して、シリ
ンダヘッド２８の下面６０の斜面６０ａへ流れ、これに
より燃焼室３０のほぼ全体に吸気縦渦流（吸気タンブル
流）を生成する

【００１６】さらに、各吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂ
には、その軸心線１Ａ，１Ｂにほぼ沿って、縦方向に延
びた隔壁２１がそれぞれ形成されている。各隔壁２１は
各吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂを中央通路４とその外
側の側方通路５とに区画している。そして、インジェク
タ１２は点火プラグ１１に相当する位置のタンブル流を
生成する中央通路４に向けて燃料を噴射するように構成
される。

【００１７】以上の構成により、燃焼室３０内には吸入
行程において、燃料を含んだタンブル流Ｆｍと、燃料を
含まないタンブル流Ｆａとが層状に生成される。なお、
このタンブル流Ｆｍ，及びＦａは互いにほぼ平行でかつ
同じ向きであることが重要であり、これにより圧縮行程
においても、燃焼室３０内に層状のタンブル流Ｆｍ，Ｆ
ａが存在し得る。

【００１８】なお、本実施例において各構成はそれぞれ
特徴を有しており、以下、順に説明する。先ず、ピスト
ン２６の頂面形状について説明する。ピストン２６は、
図１、図３および図４に示されるように、その頂面３４
に隆起部３７とを備えている。隆起部３７の頂上は、頂
面３４における仮想平面ＦＣの吸気ポート４６の吸気開
口側に位置している。隆起部３７の仮想平面ＦＣ側の斜
面ｖｆ１が、ピストン２６の頂面３４に滑らかに連続す
るように構成されている。また、隆起部３７の斜面ｖｆ
１は、仮想平面ＦＣと平行な断面がピストン２６の頂面
３４の基準面と平行な直線となるように構成されてい
る。つまり、この隆起部３７の斜面ｖｆ１は吸気行程に
おいて、タンブル流Ｆｍ，Ｆａがピストン２６の頂面３
４からシリンダボア２４の内面に向けて方向を変えると
きに、互いに混ざり合うことなく、きれいな層状化を保
つように構成されている。

【００１９】また、隆起部３７の外側斜面ｖｆ２は、ピ
ストン２６が圧縮行程の上死点近傍にあるときに、燃焼
室３０の天井と協働してスキッシュＳＦを発生して、タ
ンブル流Ｆｍ，Ｆａに細かな乱れが生じるように構成さ
れている。

【００２０】さらに、図１，図３，図４に示すように隆
起部３７の外側斜面ｖｆ２には、吸気弁５８との干渉を
防止するバルブリセス３９が設けられている。これによ
り、上死点で吸気弁５８が排気弁６１の開弁時にオーバ
ーラップして開弁していても、ピストン２６が吸気弁５
８と干渉せずに圧縮比の高い上死点位置を保つことがで
きる。なお、図３においては、説明の便宜上、隔壁２１
の図示を省略している。

【００２１】次に上述した吸気ポート部分４６Ａ，４６
Ｂ内に設けられた隔壁２１について説明る。各隔壁２１
は図５に示すように、その吸気ポート部分４６Ａ，４６
Ｂの下流側端２１Ｂが、吸気弁５８近傍まで延設されて
いる。詳細には、各隔壁２１の下流側端部２１Ｂは吸気
弁５８の傘部５６や、吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂを
横切るステム部５７に接触しないように、これらと適当
なクリアランスを確保して形成されている。このため、
吸気弁５８の作動には何ら影響が及ぼさないようになっ
ている。また、各隔壁２１は各吸気ポート部分４６Ａ，
４６Ｂの各流線４５の中心線４５Ａおよび吸気ポート部
分４６Ａ，４６Ｂの軸心線１Ａ，１Ｂに沿って形成され
ている。これによっって、吸気ポート４６を流入する吸
気流が、より整流された状態で燃焼室３０内に流入され
る。ここでは吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂが互いに略
平行であるため、これら隔壁２１，２１も互いに略平行
に配設されている。

【００２２】また図２、図６に示すように、隔壁２１の
上流端部２１Ａおよび下流端部２１Ｂは、いずれも吸気
流の整流効果が向上するように凸状曲面に形成されてい
る。このように上流側２１Ａ，および下流端２１Ｂを形
成するのは、吸気流を整流することで流体抵抗軽減効果
をねらうとともに、隔壁２１の製造上の効果を考慮して
いるためである。つまり、各隔壁端部２１Ａ，２１Ｂを
凸状曲面に形成すると、例えば吸気ポート４６を鋳造す
る場合などには、各隔壁端部２１Ａ，２１Ｂに対応する
鋳型（中子）の抜けが良好になり、鋳造を確実で容易に
行えるのである。

【００２３】次にインジェクタ１２の配置と、インジェ
クタ１２と隔壁２１との関係について図１，図３，図
５，図６を用いて説明する。図６に示すように隔壁２１
によって、各吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂ内は中央通
路４と側方通路５とに分離されている。燃料噴射手段と
してのインジェクタ１２は図１，図３，図６に示すよう
に、２つの吸気ポート４６内の分岐部４６Ｃ上流側に配
設されている。また、このインジェクタ１２は吸気行程
に合わせて２つの吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂの下流
に向けて燃料を噴射するようになっている。なお、図
５、図６の符号６はインジェクタの軸線であり、かつ、
噴射範囲の中心線を示すものである。

【００２４】つまり、図５，図６の噴射軸線６に示され
るように、吸気ポート上面部側から噴射された燃料は中
央通路４を通じて燃焼室３０内に吸入されるようになっ
ており、側方通路５から空気のみが燃焼室３０内に吸入
される。

【００２５】これによって吸気ポート部分４６Ａ，４６
Ｂ内において中央通路４と側方通路５とに分岐した流れ
は、隔壁２１で整流されながら互いに分離した状態を保
ちつつ燃焼室３０内に層状に流入するようになってい
る。したがって、このような隔壁２１により、この吸気
の流れは、図６に示すように、燃焼室３０に流入する
と、空気に燃料が混合された混合気の沿うＦｍと空気の
みのＦａ，Ｆａとの３つの層（中央通路４とその両側の
側方通路５との計３つの流れ）に分離した状態、つま
り、層状化した状態のタンブル流が形成されるようにな
っている。

【００２６】次にバルブステム５７の形の太さと、隔壁
２１との厚さについて、図２および図６を用いて説明す
る。図２および図６に示すように、隔壁２１の中心線と
バルブステム５７の中心線とが同一平面上に位置し、隔
壁２１の厚さはバルブステム５７の径より薄く形成され
ている。つまり、隔壁２１の中央通路４側の表面１２１
Ａは、バルブステム５７の中央通路４側の表面より側方
通路５側に偏倚された形となっている。

【００２７】これにより、図６のように隔壁２１の内側
面１２１Ａに沿った混合気流内の燃料噴霧は、バルブス
テム５７の内側表面に案内されながら、図６中に示す矢
印Ｐに沿って燃焼室中心の点火プラグ１１に向けられ、
該燃料噴霧が点火プラグ１１に集中するようになってい
る。

【００２８】次に吸気ポート４６の吸気流方向の断面形
状について、図７および図８を用いて説明する。図７は
吸気ポート４６の吸気流方向に沿う断面図であり、これ
と直行する端面Ｈ−Ｈ及び断面それぞれＳ１−Ｓ１から
Ｓ６−Ｓ６の断面形状を示した図が図８である。吸気ポ
ート４６は図８（ａ）〜（ｇ）に示すように、下流側に
向かうにしたがって上側半部４６Ａ−１，４６Ｂ−１が
下側半部４６Ａ−２，４６Ｂ−２よりも徐々に相対的に
拡幅されて形成されている。これにより、吸気ポート４
６Ａ，４６Ｂからの吸気流が燃焼室３０内でタンブル流
を形成し易いようになっている。そして、吸気ポート４
６は図８（ｆ）のＳ３−Ｓ３断面でサイアミーズポート
に分岐し、吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂを形成してい
る。さらにポート形状も逆三角形の形状を呈している。
また、この吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂは下流側へ向
かう程、略逆三角形の断面形状を呈して、タンブル流の
強化を図っている。

【００２９】つまり、吸気ポート４６の各断面における
上側半部４６−１を下側半部４６−２よりも拡幅するこ
とにより、吸気ポート４６に上側半部４６−１の流速お
よび流量が下側半部よりも大きなものとなっている。他
方、吸気弁５８が開いたときには、図７に示すように、
タンブル流Ｆａ，Ｆｍを増長する流れの成分ａと、タン
ブル流Ｆａ，Ｆｍを抑制する流れの成分ｂとが存在す
る。したがって吸気ポート４６の上側半部の流速および
流量が下側半部よりも大きくなることにより、タンブル
流Ｆａ，Ｆｍをより強いものとすることができる。しか
も、流れの成分ａに関しては、タンブル流Ｆａ，Ｆｍの
向きと同じであるため、流れの成分ａに対する流通抵抗
が極めて小さく、このため全体としての流量も大幅に増
大できる。

【００３０】また、図８（ａ）〜（ｇ）に示すように、
この吸気ポート４６内には、隔壁２１がほぼ全長にわた
って設けられている。この隔壁２１が吸気ポート部分４
６Ａ，４６Ｂ内を左右方向に２分するように吸気ポート
下側壁面７から吸気ポート上側壁面８までにわたって設
けられており、これより吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂ
内に流入した吸気流は、中央通路４と側方通路５とに吸
気の流れが分岐することがわかる。

【００３１】つまり、図８（ａ）に示すように、２つの
吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂは、最上流側であるシリ
ンダヘッド側面２８Ａ（図７）近傍では１つの吸気通路
として形成され、この直後に隔壁２１により、中央通路
４と側方通路５とに吸気の流れが分岐する。そして、図
８（ｂ）〜（ｄ）が示すように、徐々に中央側通路４が
２分され、図８（ｅ）に示す、断面Ｓ４−Ｓ４より下流
では、吸気流が完全に２分される。そして、このように
して２分された吸気流はそれぞれ吸気弁５８により燃焼
室３０に流入する。

【００３２】吸気ポート４６について、図７，図８およ
び図９を用いてさらに詳細に説明する。図７に示すよう
に吸気ポート４６は吸気流に方向付けをして、燃焼室３
０内でタンブル流を生成するため、略ストレートな形状
を成している。他方、シリンダヘッドの構造上、吸気弁
５８により開閉される吸気開口の軸線と吸気流の方向と
を同じものとすることができない。このため吸気ポート
部分４６Ａ，４６Ｂの下流側端部が大きな曲率を持った
湾曲部を介して吸気開口に連続されている。この湾曲部
における実質流通断面積は、図８（ｆ），（ｇ）に明ら
かなように最も小さくなり、特にバルブステム５７、図
示しないステムガイドおよび隔壁２１の存在もあいまっ
て、実質流通断面積の低下が甚だしい。

【００３３】このため、吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂ
は、同吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂにおけるこの湾曲
部の内径の幅を最も大きく、かつ各吸気弁５８により開
閉される吸気開口よりも大きく設定された膨らみ１３が
設けられている。これによって湾曲部での実質流通断面
積の低下を防止し、十分な流速および流量を確保するこ
とが可能となっている。

【００３４】しかも膨らみ１３は、図９に明らかなよう
に、各吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂの主に上側半部４
６Ａ−１，４６Ｂ−１に設けられたので、それぞれも上
側半部４６Ａ−１，４６Ｂ−１の流速および流量が下側
半部４６Ａ−２，４６Ｂ−２よりも、さらに大きくする
ことができ、タンブル流Ｆａ，Ｆｍの生成がより効果的
に行われる。

【００３５】本発明の第１実施例としての層状燃焼内燃
機関は、上述のように構成されているので、吸入行程に
おいて、各吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂから燃焼室３
０内へ流入した吸気は、燃焼室３０内において、混合気
のタンブル流Ｆｍと空気のタンブル流Ｆａとを層状に生
成する。次いで圧縮行程に入っても該層状のタンブル流
Ｆｍ，Ｆａは存在するが、圧縮行程上死点近傍に近づく
と、各タンブル流Ｆｍ，Ｆａは崩され始める。しかしな
がら燃焼室３０内の点火プラグ１１の近傍には依然とし
て、濃い混合気が存在した状態であり、この状態で点火
プラグ１１により点火が行われる。以後の爆発行程およ
び排気行程は従来の層状燃焼内燃機関の内燃機関と全く
同じである。

【００３６】これにより、燃焼室３０全体としては、理
論空燃比よりも燃料の少ない混合気であっても、点火プ
ラグ１１近傍には着火に十分な濃度の混合気が存在する
ので、着火性を悪化させることとなくエンジンを運転す
ることができるのである。

【００３７】特に本実施例においては、ピストン２６の
頂面３４に隆起部３７の斜面ｖｆ１により、より強いタ
ンブル流Ｆｍ，Ｆａを生成して、より完全な層状のタン
ブル流Ｆｍ，Ｆａを得ることができる。これにより、燃
焼室３０内全体の混合気の空燃比をより薄くしても十分
に安定した点火及び燃焼を得ることができる。

【００３８】またピストン２６の隆起部３７の外側斜面
ｖｆ２が、圧縮行程の上死点近傍において、燃焼室３０
の天井と協働して発生するスキッシュＳＦによって、混
合気に細かな乱れをを生じさせるので、着火後の燃焼速
度を向上させる。なお、このスキッシュＳＦは強過ぎる
と逆効果であるため、ピストン上死点時における外側斜
面ｖｆ２と燃焼室３０の天井との間隔は、適宜調整され
たものとすることが重要である。また、隆起部３７の外
側斜面ｖｆ２にはバルブリセス３９が設けられ、ピスト
ン２６が上死点に達した時に、吸気弁５７がバルブオー
バーラップにより開いていても、外側斜面ｖｆ２と吸気
弁５７との干渉を避けるように構成されている。このた
めピストン２６の上死点をより上げて、圧縮比を上げ、
燃焼効率を向上させることができる。

【００３９】つまり図１０のグラフに示すように、吸気
ポート４６Ａ，４６Ｂに隔壁２１を設けて混合気の層状
化を促進することにより、より希薄な混合気で機関を運
転することができる。ここで図の横軸は空燃比（Ａ／
Ｆ）であり、縦軸はＮＯ_X排出量およびＰｉ（図示平均
有効圧）変動率である。また、線ａ及び線ｃは、吸気ポ
ートに隔壁２１を設けた機関の特性を示し、線ｂ及び線
ｄは、隔壁２１を有さない通常のタンブル流の吸気ポー
トを備えた機関の特性を示している。また、線ａ，線ｂ
はＮＯ_X排出に関し、線ｃ，線ｄはＰｉ変動率に関して
いる。

【００４０】この図１０に示すように、隔壁２１を設け
た機関（線ａ参照）では、通常のタンブル流を用いた機
関（線ｂ参照）よりもＡ／Ｆの値がリーン（薄い）側で
ＮＯ_Xの排出量がピークとなる。またこのＮＯ_Xの排出
量のピーク値自体も低減することが可能である。つま
り、燃焼室３０内のタンブル流の層状化が促進されたこ
とにより、従来の機関よりもＮＯ_Xの排出量がピーク値
となるＡ／Ｆがリーン側に移動するためである。

【００４１】また、線ｃと線ｄとは、Ａ／ＦとＰｉ変動
率との関係を示したものである。ここで、Ｐｉ変動率と
は機関の燃焼安定性を判断する目安となるもので、この
Ｐｉ変動率が高過ぎると、機関の燃焼が安定せず、トル
ク変動を伴った不快な運転状態となる。なお図中の基準
線ｅは一般的に不快感のない状態で運転できる燃焼安定
限界のＰｉ変動率である。

【００４２】この図に示すように、気筒内での安定した
燃焼状態が得られるＰｉ変動率の限界値に対して、隔壁
２１を設けた機関（線ｃ参照）では、通常のタンブル流
を用いた機関（線ｄ参照）よりもさらにリーン側のＡ／
Ｆで機関を運転することが可能であり、また、この時の
ＮＯ_Xの排出量も大幅に低減することができる。つま
り、よりリーンなＡ／Ｆでも安定した燃焼状態を得るこ
とができ、燃焼安定限界のＡ／Ｆを向上させることを示
している。したがって、本構造により極めて低燃費であ
って、かつＮＯ_Xをほとんど排出しない機関を実現する
ことができる。

【００４３】さらに、隔壁２１の厚さがバルブステム５
７の径より小さく、隔壁２１の中心線とバルブステム５
７の中心線とが同一平面上に位置しているため、隔壁２
１の中央通路側壁面は、バルブステム５７の中央通路側
壁面より側方通路５側に偏倚され、中央通路４内の隔壁
２１に沿う混合気流内の燃料噴霧は、バルブステム５７
の内側表面に案内されながら、点火プラグ１１の方向に
向けられて、混合気内の燃料噴霧が点火プラグ１１近傍
に集中し、着火が良好に行われ、リーン限界をさらに伸
ばすことができる。

【００４４】特に本実施例においては、図７，図９に示
すように、本構造では吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂの
略逆三角形の断面の上側半部４６Ａ−１，４６Ｂ−１が
十分に大きく形成されているので、燃焼室３０内の強い
タンブル流及びエンジン全開時の流量係数を確保するこ
とができる。

【００４５】更に本実施例においては、吸気ポート部分
４６Ａ，４６Ｂにおける最も実質流通断面積が小さくな
る各湾曲部に膨らみ１３を設けるとともに、バルブステ
ム５７の下流側には、流通抵抗となる隔壁２１を設けな
いように構成されているので、上述の燃焼室３０内の強
いタンブル流およびエンジン全回時の流量計数をより効
果的に確保することができる。

【００４６】また、吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂにお
けるバルブステム５７の下流側に隔壁２１を設けない構
成には、以下述べる通り製法上大きな利点がある。すな
わち、もしバルブステム５７の下流側にも隔壁２１を設
けた場合、その隔壁におけるバルブステム５７に対応す
る部分を隔壁の鋳造後にドリリングする必要が生じる
が、隔壁が薄いために上記ドリリング時に割れが生じる
恐れがあり、また吸気ポート４６Ａ，４６Ｂ内のバルブ
ステム５７の下流側に、片持ちの隔壁が存在することに
なるため、強度上も好ましくないという不具合も生じ
る。しかし本実施例では上述のとおりバルブステム５７
の下流側に隔壁２１が存在しないので、このような不具
合を一切避けることができる。しかも、バルブステム５
７の下流側隔壁２１を存在させなくても、層状化にはほ
とんど影響がないことも確認されており、製造上大きな
利点を提供することができる。

【００４７】ここで、図１１はポート断面積と平均タン
ブル係数（タンブル流の回転速度／エンジン回転速度）
及び平均流量係数（全体としての流量）との関係を示す
ものである。ここで線ａはポート断面積と平均タンブル
比との関係を示し、線ｂはポート断面積と平均流量係数
との関係を示すものであり、■印は、吸気ポート部分４
６Ａ，４６Ｂの断面の上側半部４６Ａ−１，４６Ｂ−１
を十分に大きくした吸気ポートを備えた機関の平均流量
係数を示すものである。

【００４８】また、○は、通常のタンブル流の吸気ポー
トを備えた機関の平均タンブル比を示すものであり、●
は、吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂでは、上側半部４６
Ａ−１，４６Ｂ−１を十分に大きくして、ポート断面積
を確保しているので、図に示すように、平均タンブル
比、平均流量係数ともに向上させることができる。

【００４９】これにより、タンブル比と流量係数との関
係は図１２に示すようなものとなる。この図１２におい
て△印は従来のタンブル流を用いた機関、☆印は隔壁２
１を設けてはいるものの、この隔壁２１により吸気ポー
ト部分４６Ａ，４６Ｂ内の断面積が低下している機関、
★印は本構造をそなえた機関であって吸気ポート４６
Ａ，４６Ｂの断面の上側半部４６Ａ−１，４６Ｂ−１を
十分に大きくしたものである。つまり、この図１２が示
すように、吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂに隔壁２１を
設けるだけでは、吸気流の層状化を促進しても流量係数
が低下してしまい、全開性能の低下してしまう不具合が
ある。ここで、★印が示すように、吸気ポート部分４６
Ａ，４６Ｂの断面積の上側半部４６Ａ−１，４６Ｂ−１
を十分に大きくすることにより、タンブル比及び流量係
数を向上させることができる。このようにして、隔壁２
１を設けることによる吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂの
断面積の減少を補うことができ、燃焼室３０内の強いタ
ンブル流及び機関の全開性能を確保することができるの
である。

【００５０】また、図１３は機関の回転トルク及び出力
とを示すものであって、図中、線ａおよび線ｃは本構造
をそなえた機関の特性を示すグラフ、線ｂ及び線ｄは従
来の吸気ポート構造をそなえた機関の特性を示すグラフ
である。まず線ａ及び線ｂは機関の回転速度とトルクと
の関係を示しているが、この２つの曲線にほとんど差は
なく、本構造をそなえた機関が従来よりも希薄な混合気
で運転しても従来の機関と同等のトルクを実現している
ことを示している。

【００５１】そして、線ｃ及び線ｄは機関の回転速度と
出力との関係を示すものであるが、これらの線ｃと線ｄ
とについても上述のトルク特性と同様に、ほとんど差は
なく、従来よりも希薄な混合気で運転しても従来の機関
と出力を得ることができることを示している。

【００５２】したがって、図１３に示すように、本構造
を備えた機関は吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂのタンブ
ル比及び流量係数が大きくなる結果、従来の機関と同等
のトルク、出力特性の内燃機関を実現することができ
る。

【００５３】このように、吸気ポート４６に隔壁２１を
設けて、かつ、吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂの略三角
形の断面の上側半部４６Ａ−１，４６Ｂ−１を十分に大
きくすることにより、トルク，出力とも従来の内燃機関
よりも低下させることなく、従来の内燃機関よりも希薄
な混合気で安定した燃焼状態を保ことができるととも
に、ＮＯ_Xをも低下することができる。また、同時に燃
費も向上させることができる。

【００５４】次にピストン上面の形状に関する変形例に
ついて図１４および図１５を用いて説明する。第１実施
例の図１，図３のエンジンは図４（ａ），（ｂ）のよう
な隆起部３７を有したピストン２６を備えていたが、こ
のピストンに代えて、図１４（ａ），（ｂ）に示すよう
なピストン２６ａを採用する。

【００５５】図１４（ａ），（ｂ）のピストン２６ａは
その上面に隆起部３７ａを有する。隆起部３７ａの頂上
２３２は、頂面３４における仮想平面ＦＣの吸気ポート
４６の吸気開口側に位置している。隆起部３７ａの仮想
平面ＦＣ側の斜面ｖｆ３はピストン２６ａの上面に滑ら
かに連続するように構成されている。斜面ｖｆ３は、凹
状に形成され、かつ仮想平面ＦＣと直角でかつシリンダ
軸線Ｌを含む平面（タンブル流Ｆの幅方向中心）に関し
て対称な形状である。

【００５６】この図１４（ａ），（ｂ）の変形例におい
ては、斜面ｖｆ３が上述のとおり凹状であるので、タン
ブル流Ｆａ，Ｆｍは、ピストン２６ａの上面からシリン
ダボア内壁面に沿うように方向を変える際に、全てタン
ブル流Ｆｍの中心に寄ろうとする。しかし斜面ｖｆ３が
タンブル流Ｆａの幅方向の中心面に関して対称であるの
で、タンブル流Ｆａ，Ｆｍの層状状態は崩れることがな
い。

【００５７】次の変形例は、図１５（ａ），（ｂ）に示
すようなピストン２６ｂを採用している。図１５
（ａ），（ｂ）のピストン２６ｂはその上面に凹部３５
及び隆起部３７ｂを有する。このうち隆起部３７ｂの頂
上２３２は、頂面３４における仮想平面ＦＣの吸気ポー
ト４６の吸気開口側に位置している。他方、凹部３５は
頂面３４における仮想平面ＦＣ側に隣接して位置してい
る。隆起部３７ｂの仮想平面ＦＣ側の斜面ｖｆ４は、仮
想平面ＦＣ上でシリンダ軸戦Ｌと直交する仮想線Ｌ１に
対して、これと平行な直線の集合により形成されてい
る。

【００５８】この図１５（ａ），（ｂ）の変形例におい
ては、隆起部３７ｂと共に凹部３５が設けられているの
で、タンブル流Ｆａ，Ｆｍがシリンダボア内壁面からピ
ストン２６ｂの頂面に沿うように方向を変える際に、タ
ンブル流Ｆａ，Ｆｍの層状状態がより綺麗に保たれる。

【００５９】ここで、図１６には、従来のピストン上面
がフラットのエンジンの特性をＮ線で、図１の内側壁ｖ
ｆ１を有するピストン上面のエンジンＥの特性をＡ線
で，図１５（ａ），（ｂ）の凹部３５及び内側壁ｖｆ４
を有するピストン上面のエンジンの特性をＣ線で示し
た。ここでは燃焼安定性と、図示出力と、ＮＯ_X低減率
を順次示した。この試験は一定燃料量で空気量を変化さ
せることで空燃比を変更しており、この場合の図示出力
の差は、燃費の差を示すこととなる。

【００６０】ここでリーン限界空燃比は標準タイプと比
べ、タイプＡで１、タイプＣで２改善された。その結
果、リーン限界時のＮＯ_XはタイプＡで５０％、タイプ
Ｃで１６％まで低減される。

【００６１】次に吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂ内にお
ける隔壁２１の変形例を図１７を用いて説明する。この
変形例は、隔壁２１に代えて、吸気ポート部分４６Ａ，
４６Ｂ内のほぼ下側半部にのみに隔壁２１Ｑを設けたも
のである。しかし、上述したようにインジェクタ１２が
吸気ポート４６の分岐部４６Ｃより上流側で、吸気ポー
ト上面側から下方に向けて配設されている。燃料が吸気
ポート下面側に集まりやすいため、隔壁２１Ｑのように
吸気ポートの比較的下面側にのみ設置した場合にも、中
央通路４と側方通路５によるタンブル流Ｆａ，Ｆｍの層
状化が十分可能である。

【００６２】次にインジェクタ１２の配置および方向と
隔壁２１との関係の変形例について、図１８〜図２５を
用いて説明する。図１８，図１９のインジェクタ１２軸
線方向６に示すように、インジェクタ１２は吸気ポート
４６の下部側からこれら吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂ
の下流側の斜め上方に向けて燃料を噴射する。そして、
斜め上方に噴射された燃料は、吸気ポート４６、吸気ポ
ート部分４６Ａ，４６Ｂ内の中央通路４を通じて燃焼室
３０内に吸気される。

【００６３】図２０は図１９の隔壁２１に代えて、吸気
ポート上面側から垂下し、上半部のみに隔壁２１Ｃを設
けたものである。これら図１９および図２０に示す変形
例によれば、燃料がインジェクタ噴射軸線６に沿って、
上面側内壁８に向けて噴射され、点火プラグ１１近傍に
形成された混合気のタンブル流Ｆｍでは、このタンブル
流Ｆｍのタンブル流心内側の流れよりも点火プラグ１１
近傍のタンブル流心外側の流れの方が濃い混合気とな
る。したがって、より希薄燃焼を安定して成立させるこ
とができる。

【００６４】さらに図２１および図２２に示すように、
隔壁２１Ｃは吸気ポート４６，吸気ポート部分４６Ａ，
４６Ｂの上半部側に設けられる。この上半部のみが左右
に二分されるようになっている。さらにこの隔壁２１Ｃ
の下縁沿いには、吸気ポート４６，吸気ポート部分４６
Ａ，４６Ｂを上下に二分するように、補助壁としての略
水平な隔壁２１Ｆが設けられている。したがって、この
隔壁２１Ｆにより、吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂ内
は、上半部４６Ａ−１，４６Ｂ−１と下半部４６Ａ−
２，４６Ｂ−２とに仕切られる。さらに上半部４６Ａ−
１，４６Ｂ−１は、隔壁２１Ｃにより、中央側（点火プ
ラグ側）通路４と側方（反点火プラグ側）通路５とに二
分されるようになっている。そして、インジェクタ１２
は、各吸気ポート４６Ａ，４６Ｂの中央通路４における
隔壁２１Ｆよりも上方部分に燃料を噴射するように構成
されている。これにより、混合気のタンブル流Ｆｍの外
側は、燃料濃度の高い混合気となり、これが点火プラグ
１１近傍に集中する。このためより希薄な燃料でも安定
した燃焼状態を可能とする。

【００６５】また、図２３〜図２５は、図２１，図２２
に示す補助隔壁２１Ｆに代わって、補助隔壁２１Ｇを設
けたものである。ただし、インジェクタ１２は第１実施
例と同様に吸気ポート４６の上面かつ分岐部４６Ｃの上
流側に配置されている。この隔壁２１Ｇの上流端は、垂
直方向の隔壁２１Ｃと同様にインジェクタ１２の配設位
置近傍まで設けられている。この水平な隔壁２１が、イ
ンジェクタ１２から噴射された燃料を吸気ポート４６内
の下方に拡散させないようになっている。つまり、吸気
ポート４６の分岐部４６Ｃよりも上流側では、吸気ポー
ト４６内の上部に、例えば図２４のような長方形断面の
中央側通路４が設けられた形状となる。すなわち吸気ポ
ート４６内は、中央側通路４と側方通路５と二分される
ことになる。また、分岐部４６Ｃよりも下流側では、こ
の中央側通路４が各吸気ポート４６Ａ，４６Ｂ内の基準
面３側の上部に形成されている。これによって吸気ポー
ト部分４６Ａ，４６Ｂの下方に向けて噴射された燃料
は、吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂ内に設けられた水平
隔壁２１Ｇにより、側方通路５への流入が妨げられる。
そして、噴射された燃料は上半部４６Ａ−１，４６Ｂ−
１の中央通路４に流入して、側方通路５には空気のみが
流入する。また隔壁２１Ｇがインジェクタ１２の配設位
置よりも上流側から下流側にわたって延設されているの
で、燃料を確実に吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂの上半
部４６Ａ−１，４６Ｂ−１の中央通路４に流入させるこ
とができ、したがって、混合気のタンブル流Ｆｍの外側
は、燃料濃度の高い混合気となり、これが点火プラグ１
１近傍に集中する。これにより、混合気は燃焼室内３０
で確実に着火、燃焼することができ、従来よりも希薄な
燃料でも安定した燃焼状態を可能とする。

【００６６】次に、インジェクタ１２の噴射に関する変
形例を、図２６の（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。（ａ）はサイアミーズ型吸気ポート４６の分岐部４６Ｃ
に向けて燃料を噴射するもので、分岐部４６Ｃに燃料を
積極的に衝突させた後、拡散した燃料を吸気ポート部分
４６Ａ，４６Ｂ内の中央通路４に流入するようにしたも
のである。この吸気ポート４６の分岐部４６Ｃは、イン
ジェクタ１２の噴射方向に対して、ほぼ直交するような
積極的な衝突面を有しており、この衝突面に衝突した燃
料を拡散させるようになっている。

【００６７】（ｂ）は燃料噴射孔を２つ備えたインジェ
クタ１２を用いるタイプのもので、各燃料噴射孔から噴
射された２つの燃料の流れは、それぞれ各吸気ポート部
分４６Ａ，４６Ｂの中央側通路に直接流入していく。こ
の場合は吸気ポート４６の分岐部４６Ｃは曲面状に形成
されて、吸気流の吸気抵抗を低減している。

【００６８】（ｃ）は、燃料噴射孔が１つのインジェク
タ１２を用いて、各隔壁２１、２１には燃料が付着しな
いように、中央通路４内に向けて直接燃料を噴射するタ
イプのものである。この場合、燃料が吸気とともに滑ら
かに吸入されるように、吸気ポート４６の分岐部４６Ｃ
を鋭角的に形成している。

【００６９】（ｄ）は上述の（ｃ）とは逆に、燃料を積
極的に各隔壁２１、２１までにわたって広角に向けて噴
射するインジェクタを用いるタイプのものである。この
場合は吸気ポート４６の分岐４６Ｃは、抵抗を減らすべ
く上記（ｂ）と同様に曲面状に丸められている。なお、
上述の（ａ）〜（ｄ）はインジェクタ１２に関する噴射
の変形例であって、インジェクタ１２の配設位置や噴射
軸線６はいずれも第１実施例と同一である。

【００７０】次にバルブステム５７と隔壁２１の配置と
のアレンジについての変形例を図２７〜図２９を用いて
説明する。上述したとおり、本願発明の第１実施例で
は、図６に示すように隔壁２１を幅狭に形成している。
これは隔壁２１の内側の面１２１Ａを、バルブステム５
７の内側表面より、側方側通路５に偏倚させているので
ある。これによって、隔壁２１の面１２１Ａに沿って流
れる混合気中の燃料噴霧が図６中Ｐで示すような方向
で、点火プラグ１１の近傍への集中させる効果を得るこ
とができる。

【００７１】図２７に示すアレンジは、第１実施例と同
様な効果を得る目的で、バルブステム５７の内側表面よ
りも、隔壁１２１Ａの内面が側方通路５に偏倚させると
共に、隔壁２１の中心線自体もバルブステム５７の軸線
より側方通路５側に偏倚させたものである。

【００７２】図２８，図２９に示すようなアレンジのも
のも考えられる。隔壁１２１Ｂ，１２１Ｃの上流側及び
中間部をバルブステム５７の軸心よりも外側に偏倚す
る。そして、隔壁１２１Ｂ，１２１Ｃの下流部１２２，
１２３における着火手段側隔壁（内壁面）１２２ａ，１
２３ａが、中央通路側４の吸気流を点火プラグ１１側に
向けるように中央寄りに向けて傾斜されている。この場
合には、吸気流がより滑らかに点火プラグ１１側に向け
られ、エンジンの希薄燃焼化をより促進でき、層状燃焼
エンジンに極めて有効である。なお、図２８に示す例で
は、隔壁１２１Ｂの内壁面１２２ａのみが屈曲してい
て、隔壁１２１Ｂの外壁面は平面状になっている。ま
た、図２９に示す例では、隔壁１２１Ｃの厚みがその全
長にわたってほぼ一定に設定されて、隔壁１２１Ｂの内
壁面１２２ａとともに外壁面も屈曲形成されている。

【００７３】このように隔壁の少なくとも内側面をバル
ブステム５７の内側面よりもやや側方通路側に偏倚させ
るか、あるいは隔壁の下流側端の内壁面自体を中央通路
側に傾斜させることで、隔壁の内壁面に沿って流れる混
合気中の燃料噴霧を点火プラグ側へ集中化させることを
実現できるのである。そして、この混合気の点火プラグ
側への集中具合は、例えば、内壁面１２１Ａの偏倚状態
や内壁面１２２Ａ，１２３Ａ自体の傾斜状態の設定に応
じて、層状度合を調整することができる。

【００７４】次に吸気ポート４６内に流入する吸気流の
方向に関した隔壁の構造のバリエーションとして、図３
０を用いて説明する。実施例１では隔壁２１の内壁と外
壁とがほぼ平行に設定されている。これは、製造上のこ
とから考えて形状を単純化したものである。吸気ポート
部分４６Ａ，４６Ｂ内を流入する吸気流を整流し、バル
ブステム５７の部分での吸気流の乱れを防止することを
考慮すると、図３０に示すように、隔壁２１の厚みをバ
ルブステム５７の上流側に行く程薄く形成し、さらに上
流側端部２１Ａでは極力薄く形成することが好ましい。
更に下流側のバルブステム５７に近付くにしたがって、
徐々にバルブステム５７の外径と略同等の厚さになるよ
うに形成することが好ましい。このようにすることで、
吸気流の流れは、隔壁２１及びバルブステム５７によっ
て乱れることなく、円滑に燃焼室３０に流入することが
できる。

【００７５】次に吸気ポート４６および同吸気ポート４
６の上流側に接続される吸気マニホールド１４の変形例
について図３１〜図３３を用いて説明する。上述のとお
り、本発明の第１実施例では、吸気ポート部分４６Ａ，
４６Ｂの上側半部４６Ａ−１，４６Ｂ−１が下半部４６
Ａ−２，４６Ｂ−２より拡幅されている。しかし、さら
に吸気ポート４６の上流側に接続される吸気マニホール
ドの形状をも改良することにより、燃焼室３０内でより
強いタンブル流Ｆａ，Ｆｍを得ることができる。

【００７６】図３１において、符号１４はシリンダヘッ
ド２８の側面２８Ａに固定され吸気ポート４６の上流側
端に接続される吸気マニホールドである。そして吸気ポ
ート４６および吸気マニホールド１４の各部の断面形状
は、図３２に示されるように構成されている。つまり、
この吸気マニホールド１４では、各吸気ポート部分４６
Ａ，４６Ｂ内に滑らかに吸気が流れ込むように（即ち、
吸気の流速を低下させないように）、図３２（ａ）〜
（ｃ）に示すように、上流から下流に行くにしたがっ
て、断面形状を徐々に変化させ、吸気通路部分１４Ａ，
１４Ｂと接続している最下流側（図３２（ｃ））では、
吸気ポート部分４６Ａ，４６Ｂと吸気マニホールド１４
との各断面形状がほぼ一致するように形成されている。

【００７７】つまり、この吸気マニホールド１４内は、
２つの吸気通路部分１４Ａ，１４Ｂにより、各吸気ポー
ト部分４６Ａ，４６Ｂの断面形状と同様に、下流に行く
にしたがって、上側半部１４Ａ−１，１４Ｂ−１を下側
半部１４Ａ−２，１４Ｂ−２よりも相対的に拡幅された
偏心形状になるように形成されいる。

【００７８】これによって、吸気は吸気マニホールド１
４内の２つの吸気通路１４Ａ，１４Ｂで吸気流心４５が
上側半部１４Ａ−１，１４Ｂ−１へ偏心されて吸気ポー
ト部分４６Ａ，４６Ｂに流入するので、各吸気ポート部
分４６Ａ，４６Ｂでのタンブル流の形成をさらに促進す
るようになっている。

【００７９】さらに、第１実施例では吸気ポート内だけ
に隔壁を設けたが、図３３に示すように、吸気マニホー
ルド１４に各吸気通路部分１４Ａ，１４Ｂを左右方向に
二分するような隔壁１５、１５を設けることも可能であ
る。この隔壁１５は、各吸気通路部分１４Ａ，１４Ｂの
上端から下端にわたって設けられており、これにより各
吸気通路部分１４Ａ，１４Ｂ内では、それぞれ、吸気流
の中央側通路４’とのこの側方通路５’とに二分される
ようになっている。この隔壁１５は、吸気マニホールド
１４の下流側端、つまり、吸気ポート部分４６Ａ，４６
Ｂとの接合面近傍まで設けられおり、隔壁１５により吸
気マニホールド１４および吸気ポート部分４６Ａは、吸
気流は中央通路４，４’と側方通路５，５’とに分離す
るようになっている。これにより中央通路４，４’と側
方通路５，５’とに分岐した吸気流が混合気と空気とに
完全に分離され、燃焼室３０内のタンブル流Ｆａ，Ｆｍ
の層状化をより強化することができる。

【００８０】次に吸気ポート内に隔壁を持たない複数の
吸気ポートを所有するエンジンに適用した本発明の第２
実施例を図３４〜図３６を用いて説明する。図３４は、
この第２実施例に係わる層状燃焼内燃機関を示すもの
で、ピストン２６の頂面形状および吸気ポート４６Ａ，
４６Ｂの形状を除いて図３７および図３８に示される層
状燃焼内燃機関と基本的に同じ構造である。

【００８１】そして、ピストン２６の頂面の形状は、図
１及び図４に示される形状、あるいは図１５に示される
形状を採用することができる。吸気ポート４６Ａ，４６
Ｂの断面形状は、図３４及び図３５に示されるように、
上側半部が下側半部より拡幅された略逆三角形状をして
いる。また、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂは全体として略
ストレートな形状を呈し、燃焼室３０への吸気開口端近
傍で大きく湾曲している。該湾曲部には図３６に示すよ
うに、主にその上側半部に吸気ポート４６Ａ，４６Ｂの
吸気開口よりも大きな内径を有する膨らみが設けられて
いる。

【００８２】これによって、吸気ポート４６Ａからは混
合気が、吸気ポート４６Ｂからは空気が希薄燃焼に十分
なタンブル流を形成しながら、かつ十分な吸気流量も確
保しながら燃焼室３０に流入し、従来から存在する希薄
燃焼内燃機関より、燃焼安定性および燃焼効率、出力の
向上を可能とするものである。

【００８３】なお、上述した全ての実施例において、燃
焼室３０内に混合気のタンブル流Ｆｍと空気のタンブル
流Ｆａとが生成されるように構成されている。しかしな
がら、本発明はこれに限定されることなく、例えば空気
のタンブル流Ｆａに代えてタンブル流Ｆｍより空燃比の
小さいタンブル流Ｆａ’を生成するように、タンブル流
Ｆａにも燃料を供給するように構成することも可能であ
る。

【００８４】

【効果】本発明は、燃焼室に吸気流を方向付ける機能
を劣化することなく、十分な吸気量を確保でき、また燃
焼室内により強力なタンブル流を生成でき、さらに燃焼
室内の燃料の濃いタンブル流と薄いタンブル流となる層
状のタンブル流を、より完全な層状に生成できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての層状燃焼内燃機関を
示した模式的斜視図である。

【図２】吸気ポートの要部構成を示す模式的上面図で、
図１におけるＡ矢視図である。

【図３】燃焼室の要部構成を示す模式的側面図で図１に
おけるるＡ’矢視図である。

【図４】ピストン上面形状を詳細に示す模式的斜視図で
ある。

【図５】吸気ポート構造の構成を示す模式的な部分断面
図であり、図２におけるＣ−Ｃ断面図である。

【図６】燃焼室内での構成を示す模式的上面図で図１に
おけるＡ矢視図である。

【図７】吸気ポート構造の構成を示す模式図であって図
１におけるＡ’矢視図である。

【図８】吸気ポート構造の構成を示す模式図であって図
１におけるＨ矢視図（ｂ）〜（ｇ）はそれぞれ図７にお
けるＳ１−Ｓ１断面からＳ６−Ｓ６断面までの断面図で
ある。

【図９】吸気ポート構造を示す模式図であり図５におけ
るＢ−Ｂ断面図である。

【図１０】本発明の吸気ポート構造の効果を示すグラフ
である。

【図１１】本発明の吸気ポート構造の効果を示すグラフ
である。

【図１２】本発明の吸気ポート構造の効果を示すグラフ
である。

【図１３】本発明の吸気ポート構造の効果を示すグラフ
である。

【図１４】ピストン上面形状を詳細に示す模式的斜視図
であり、図４の変形例である。

【図１５】ピストン上面形状を詳細に示す模式的斜視図
であり、図４の変形例である。

【図１６】本発明のピストン上面形状の効果を示すグラ
フである。

【図１７】本発明の吸気ポート構造の構成を示す模式図
であり、図５の変形例である。

【図１８】層状燃焼内燃機関の構成を示した模式的斜視
図であり、図１の変形例である。

【図１９】図１８に示す実施例の吸気ポート構造を示す
模式的な部分断面図であり、図５に対応する図である。

【図２０】図１９に示す吸気ポート構造の変形例を示す
模式的な部分断面図である。

【図２１】図２０に示す吸気ポート構造の変形例を示す
模式的な部分断面図である。

【図２２】図２１に示す吸気ポート構造の模式的な部分
断面図であり、図２１のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ断面図であ
る。

【図２３】層状燃焼内燃機関の構成の変形例を示した模
式的斜視図であり、図１に対応する図である。

【図２４】図２３に示す変形例の吸気ポート構造の構成
を示す模式的な部分断面図であり、図２３におけるＸ−
Ｘ断面図である。

【図２５】図２３に示す変形例の吸気ポート構造鵜の構
成を示す模式的な部分断面図であり、図２３におけるＸ
ＸＶ−ＸＸＶ断面図である。

【図２６】吸気ポート内における燃料噴射の種類を示す
模式図である。

【図２７】本発明の吸気ポート構造の隔壁構造の変形例
を示す模式図である。

【図２８】本発明の吸気ポート構造の隔壁構造の変形例
を示す模式図である。

【図２９】本発明の吸気ポート構造の隔壁構造の変形例
を示す模式図である。

【図３０】本発明の吸気ポート構造の隔壁構造の変形例
を示す模式図である。

【図３１】本発明の吸気通路構造を示す模式図であり、
図７の変形例である。

【図３２】本発明の吸気通路構造を示す模式図であり、
図３１のＲ１−Ｒ１〜Ｒ６−Ｒ６断面およびＧ−Ｇ断面
図である。

【図３３】本発明の吸気通路構造の変形例を示す模式図
でさり、図３２（ｃ）に対応する図である。

【図３４】本発明を隔壁を持たない他の吸気ポート構造
に適用した第２実施例としての層状燃焼内燃機関を示す
模式的斜視図である。

【図３５】本発明の第２実施例としても層状燃焼内燃機
関を示す模式的部分断面図であり、図３４におけるＸＸ
ＸＶ−ＸＸＸＶ断面図である。

【図３６】本発明を隔壁を持たない他の吸気ポート構造
に適用した模式的上面図である。

【図３７】従来の層状燃焼内燃機関を示す模式的斜視図
である。

【図３８】従来の層状燃焼内燃機関を示す模式的断面図
である。

【符号の説明】

１Ａ吸気ポート４６Ａの軸心線１Ｂ吸気ポート４６Ｂの軸心線４中央通路５側方通路６噴射軸線１１点火プラグ１２インジェクタ１３膨らみ２１隔壁２１Ａ隔壁２１の上流端部２１Ｂ隔壁２１の下流端部２２シリンダブロック２４シリンダ２６ピストン２８シリンダヘッド３０燃焼室３４ピストン頂面３７隆起部３９バルブリセス４６吸気ポート４６Ａ，４６Ｂ吸気ポート部分４６−１吸気ポート上部４６Ａ−１，４６Ｂ−１吸気ポート部分上部４６−２吸気ポート下部４６Ａ−２，４６Ｂ−２吸気ポート部分下部４６Ｃ吸気ポート分岐部４７排気ポート５７バルブステム５８吸気弁６０シリンダヘッド下面６０ａ，６０Ｂシリンダヘッッド下面の斜面６１排気弁１２１Ａ隔壁２１の中央通路側表面２３２隆起部頂上ｖｆ１斜面ｖｆ２外側斜面ＦＣ仮想平面ＳＦスキッシュＬ１仮想線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北田泰造東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者秋篠捷雄東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者田村保樹東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者畠道博東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者岩知道均一東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者元持政行東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者松尾俊介東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者村上信明東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者古川恵三東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内審査官山本穂積 (56)参考文献特開昭55−40278（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02B 31/00 F02B 29/00 F02F 1/42

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダ内面と同シリンダ内に嵌挿され
るピストンの上面とシリンダヘッド下面とで定められた
燃焼室と、上記シリンダヘッド下面に設けられ吸気弁に
よって開閉される吸気開口を有する吸気ポートとを備
え、上記吸気ポートが上記吸気開口近傍にてその上流側
よりも大きな曲率でもって湾曲された湾曲部を有する内
燃機関において、上記吸気ポートにおける上記吸気開口近傍の湾曲された
部分が、上記吸気開口の内壁よりも大きな内径を有する
膨らみを備えると共に、上記吸気ポートの上記吸気開口が上記シリンダの軸線を
含む仮想平面の一側に設けられ、上記吸気ポートが、上
記吸気開口から上記仮想平面の他側に向けて吸気が流れ
るように吸気流に方向付けをするための略ストレート形
状部分を、上記湾曲された部分の上流側に備え、これに
より上記燃焼室内でタンブル流を生成することを特徴と
する内燃機関。
【請求項２】上記吸気ポートが、その吸気流線と直交
する断面において上部が下部より実質的に拡幅され、こ
れにより上記吸気ポートの吸気流心が上記上部寄りに偏
心されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機
関。
【請求項３】上記膨らみが、上記吸気ポートの上記湾
曲された部分における上記上部をさらに拡幅することに
より形成されたことを特徴とする請求項２記載の内燃機
関。
【請求項４】上記吸気ポートが、その吸気流線と直交
する断面において略逆三角形状を成していることを特徴
とする請求項２記載の内燃機関。
【請求項５】シリンダ内面と同シリンダ内に嵌挿され
るピストンの上面とシリンダヘッド下面とで定められた
燃焼室と、シリンダ軸線を含む仮想平面の一側の上記シ
リンダヘッドに配設され、それぞれ吸気弁によって開閉
される吸気開口を有し、吸入空気により上記燃焼室内の
ほぼ全体において互いに平行でかつ同じ向きのタンブル
流を生成するように、上記吸気開口から上記シリンダヘ
ッド下面にそって上記仮想平面の他側に向けて上記燃焼
室内に吸気を流入する複数の吸気ポートと、上記燃焼室
の内面における上記吸気ポートの１つから流入する吸気
流に臨む位置に設けられた点火プラグと、上記点火プラ
グの位置に対応する上記吸気ポートの１つに燃料を供給
し、これにより吸気行程において上記燃焼室内に層状の
タンブル流を生成せしめる燃料供給手段とを備え、上記
複数の吸気ポートは、上記燃焼室内に流入する吸気の方
向付けをするための方向付け部分と、上記方向付け部分
の下流側端と上記吸気開口とを接続する湾曲部とを有
し、上記湾曲部が上記吸気開口の内径よりも大きな内径
を有する膨らみを備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項６】シリンダ内面と同シリンダ内に嵌挿され
るピストンの上面とシリンダヘッド下面とで定められた
燃焼室と、シリンダ軸線を含む仮想平面の一側の上記シ
リンダヘッドに配設され、それぞれ吸気弁によって開閉
される吸気開口を有し、吸入空気により上記燃焼室内の
ほぼ全体において互いに平行なかつ同じ向きのタンブル
流を生成するように、上記吸気開口から上記シリンダ下
面にそって上記仮想平面の他側に向けて上記燃焼室内に
吸気を流入する２つの吸気ポートと、上記吸気ポートの
うち少なくとも一方を複数の通路に区画する縦隔壁と、
上記燃焼室の内面における上記吸気通路の吸気開口の少
なくとも１つに臨む位置に設けられた点火プラグと、上
記点火プラグの位置に対応する吸気開口に接続される上
記通路に燃料を供給し、これにより吸気行程において上
記燃焼室内に層状のタンブル流を生成せしめる燃料供給
手段とを備え、上記２つの吸気ポートは、上記燃焼室内
に流入する吸気の方向付けをするための方向付け部分
と、上記方向付け部分の下流側端と上記吸気開口とを接
続する湾曲部とを有し、上記湾曲部が上記吸気開口の内
径よりも大きな内径を有する膨らみを備えたことを特徴
とする内燃機関。