JP3262380B2

JP3262380B2 - 層状燃焼内燃機関の吸気ポート構造

Info

Publication number: JP3262380B2
Application number: JP25679892A
Authority: JP
Inventors: 廉平子; 弘光安東; 祥吾大森; 保樹田村; 道博畠
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1992-09-25
Filing date: 1992-09-25
Publication date: 2002-03-04
Anticipated expiration: 2017-03-04
Also published as: JPH06108951A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、層状燃焼内燃機関の吸
気ポート構造に関し、特に、吸気ポートからの吸気流が
燃焼室内で層状化されたタンブル流となるように構成さ
れた層状燃焼内燃機関の吸気ポート構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、吸気弁を大型化することなくエン
ジンの燃焼室の吸気通路面積を大きくするため、１つの
燃焼室に２つの吸気ポートを設けた内燃機関が用いられ
るようになってきている。かかる内燃機関では、２つの
吸気ポートからそれぞれ混合気が燃焼室に流入するよう
になっている。

【０００３】また、内燃機関の燃焼を改善する手段とし
て、吸気行程において、例えば、図１２，図１３に示す
ような気筒内の縦向きの旋回流、所謂タンブル流Ｆ（Ｆ
ａ，Ｆｍ）を発生させることが有効である。例えば、図
１２，図１３は、かかるタンブル流Ｆａ，Ｆｍを発生さ
せるようにした２吸気ポート式内燃機関の１つの気筒の
構造を示し、図において、符号２２はシリンダブロッ
ク、２４はシリンダボア、２６はピストン、２８はシリ
ンダヘッド、３０は燃焼室である。そして、３４は燃焼
室３０の上壁部に形成されたペントルーフであって、４
０′，４２′は各気筒に２つずつ設けられた吸気通路で
あり、各吸気通路４０′，４２′の吸気ポート４４′に
は、それぞれ吸気弁５８が設置されている。

【０００４】ペントルーフ３４は、各吸気通路４０′，
４２′からの吸気流を、各吸気通路４０′，４２′の延
長軸線上のシリンダボア２４の内壁面に沿って下方に案
内しうるような斜面をそなえ、吸気通路４０′，４２′
からの吸気流は、このペントルーフ３４の案内にも助け
られて、それぞれ矢印Ｆａ，Ｆｍで示すようなタンブル
流方向に進む。

【０００５】さらに、タンブル流を促進するには、吸気
ポート４４′の形状が重要であり、一般的には、図１
２，図１３に示すように吸気ポート４４′を直線状のス
トレートポートに形成したり、図１６に示すように吸気
ポート４４′を絞ったりすることで、流れを整流するよ
うに工夫している。なお、図１２，図１６において、符
号４０Ｆ，４２Ｆはストレートポートでない通常の吸気
ポートを示している。

【０００６】そして、このような吸気ポート４４′の断
面形状は一般には図１４に示すような円形に形成される
が、図１５に示すような楕円形や長円形に形成される他
に略方形に形成されることもある。また、この例では、
図１３に示すように、一方の吸気通路４２′のみにイン
ジェクタ１２が設けられ、点火プラグ１１は、このイン
ジェクタ１２を装備した吸気通路４２′の吸気弁５８の
近傍に配設されている。このため、この点火プラグ１１
の近傍には、インジェクタ１２から噴射された燃料と吸
気された空気とによる混合気が吸気通路４２′及び吸気
ポート４４′を通じて燃焼室３０に流入し、この混合気
のタンブル流Ｆｍが形成される。また、吸気通路４０′
の吸気ポート４４′からは、空気のみが燃焼室３０に流
入して、この空気のタンブル流Ｆａが形成される。

【０００７】これにより、燃焼室３０内では、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。このようにして発生するタン
ブル流は、火炎伝播速度や燃焼安定性の増大に効果があ
り、熱発生量Ｑ，筒内圧Ｐ，熱発生率ｄＱについての実
験データを示すと、例えば図１７のようになり、標準
（タンブル流を特に発生させない一般的な場合）に比べ
てタンブル流を発生させた場合の方が、熱発生量Ｑ，図
示平均有効圧Ｐ，熱発生率ｄＱのサイクル変動が小さ
く、燃焼安定性が良好であることがわかる。

【０００８】なお、図中、符号４７は排気通路６０に連
通する排気ポート、５９は排気弁である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように、断面形状が円形や楕円形の吸気ポート４４′の
場合には、タンブル流を強くするのに、吸気ポート４
４′をストレートポートに形成すると、吸気ポート４
４′がバルブシート６２に対して鋭角的に進入する構造
となって、流路断面積が必然的に小さくなり、図１６に
示すように吸気ポート４４′を絞ることでも当然ながら
流路断面積が小さくなって、最大流量の低下を招くこと
になる。つまり、タンブル流の強さ（タンブル強さ）を
強くすると最大流量（流量係数）は低下するという相反
する関係にある。このような最大流量の低下は、機関の
全開性能の低下を招き好ましくない。

【００１０】また、近年、理論空燃比よりも少ない量の
燃料の混合気によって内燃機関を運転し、振動低減化と
低燃費化を図るべく、２つの吸気ポートをそなえ、これ
らの両吸気ポートから混合気を供給するものも提案され
ているが、この場合、点火プラグが２つの吸気ポートの
中間に位置するため、少ない量の燃料で運転を行なう
と、着火性が悪くなるおそれがあり、これにより少ない
量の燃料での運転が行ないにくいという課題がある。

【００１１】本発明は、上述の課題に鑑み創案されたも
ので、筒内の吸気のタンブル流を強化しながら層状化を
促進できるようにして、理論空燃比よりも少ない量の燃
料の混合気でも安定した希薄燃焼状態を保てるようにし
た、層状燃焼内燃機関の吸気ポート構造を提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の層状
燃焼内燃機関の吸気ポート構造は、２つの吸気バルブに
よってそれぞれ開閉される２つの燃焼室開口を有した吸
気ポートをそなえ、該吸気ポートからの吸気流がそれぞ
れ燃焼室内で層状タンブル流となりうるように構成され
た層状燃焼内燃機関において、上記燃焼室頂部の中央部
分に燃焼用着火手段が配設されるとともに、上記吸気ポ
ートの上流部分に燃料噴射手段が設けられて、上記の吸
気ポート内を、上記燃料噴射手段からの燃料を混合され
た混合気流を形成する着火手段側通路と該燃料を混合さ
れない空気流を形成する反着火手段側通路とに流れ方向
に沿って二分する隔壁が配設され、該隔壁が、該吸気ポ
ート内の吸気バルブのステムよりも上流側のポート内の
上面から下面までほぼ全域にわたって形成されるととも
に、該隔壁の下流端の上面側部分が上記ステムの上流側
に沿い、且つ下面側がバルブシート近傍に位置している
ことを特徴としている。

【００１３】

【作用】上述の本発明の層状燃焼内燃機関の吸気ポート
構造では、吸気ポートの燃焼室開口から燃焼室に流入し
た吸気流が円滑にタンブル流を形成する。これととも
に、吸気ポート内は、この吸気ポート内の吸気バルブの
ステムよりも上流側のポート内の上面から下面までほぼ
全域にわたって形成される隔壁によって、着火手段側と
反着火手段側とに仕切られているので、吸気ポートに流
入した吸気流は、この隔壁により、着火手段側と反着火
手段側とに二分され、着火手段側へ分流された吸気流に
は燃料噴射手段により噴射された燃料が混合する。

【００１４】これにより、燃焼室内の着火手段側には燃
料を含んだ混合気の層状タンブル流が形成され、この層
状タンブル流により、着火手段に燃料が供給される。ま
た、隔壁の下流端の上面側部分が吸気バルブのステムの
上流側に沿い、且つ下面側がバルブシート近傍に位置し
ているので、上述のような層状タンブル流が確実に形成
される。

【００１５】

【実施例】以下、図面により、本発明の層状燃焼内燃機
関の吸気ポート構造の一実施例について説明すると、図
１はその構成を示す模式的斜視図、図２はその構成を示
す模式的上面図であって図１におけるＡ矢視図、図３は
その構成を示す模式的な部分断面図であって図２におけ
るＣ−Ｃ断面図、図４はその構成を示す模式的な部分断
面図であって図３におけるＢ−Ｂ断面図、図５はその構
成を示す模式図、図６（ａ）〜（ｃ）はいずれもその構
成を示す模式図であって吸気ポートの配設状態を示す模
式図、図７（ａ）〜（ｄ）はいずれもその燃料噴射の仕
方のバリエーションを示す模式図、図８〜図１１はそれ
ぞれその作用及び効果を説明するためのグラフである。

【００１６】図１に示すように、この内燃機関の各気筒
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。この内燃機関の各気筒
は吸気２弁，排気２弁の４弁式内燃機関として構成され
ており、この燃焼室３０内には、吸気ポート４６が導か
れている。そして、この吸気ポート４６は、途中でポー
ト隔壁（吸気ポート分岐部）４６Ｃによって２つの吸気
ポート部分４６Ａ，４６Ｂに２分されたサイアミーズポ
ートとなっており、各吸気ポート４６Ａ，４６Ｂ部分の
燃焼室開口には、それぞれ吸気弁５８が設置されてい
る。また、排気ポート４７もサイアミーズポートとなっ
ており、この燃焼室３０内には、２つの排気ポート４７
Ａ，４７Ｂ部分も導かれ、それぞれ図示しない排気弁が
設置されている。

【００１７】なお、図１，図２及び図５に示すように、
各吸気ポート部分（以下、この吸気ポート部分について
も単に吸気ポートという）４６Ａ，４６Ｂは、図示しな
い吸気通路（インテークマニホールド）に連通接続され
ている。また、図中１Ａ，１Ｂは各吸気ポート４６Ａ，
４６Ｂの軸心線（上下端及び左右端の中心線）を示して
いる。また、各排気ポート４７Ａ，４７Ｂは下流側で合
流して、やはり図示しない共通の排気通路に連通接続さ
れている。

【００１８】また、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂの分岐部
４６Ｃ直前付近には、後述する燃料噴射手段としてのイ
ンジェクタ１２が取り付けられ、このインジェクタ１２
により、燃料が吸気ポート４６Ａ，４６Ｂに噴射される
ようになっている。そして、この実施例では、各吸気ポ
ート４６Ａ，４６Ｂの軸心線１Ａ，１Ｂは、図２，図５
及び図６（ａ）に示すように、互いに平行な２直線にな
っている。したがって、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂの分
岐部４６Ｃ付近より下流側では、各吸気ポート４６Ａ，
４６Ｂは、互いに平行に形成されており、各吸気ポート
４６Ａ，４６Ｂからの吸気は、互いに平行な状態で燃焼
室３０に流入するようになっている。つまり、各吸気ポ
ート４６Ａ，４６Ｂは互いに略平行な直線状のストレー
トポートに形成されている。

【００１９】また、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂについて
は、図６（ｂ），（ｃ）に示すようなものも考えられ
る。図６（ｂ）は、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂが、吸気
ポート４６Ａ，４６Ｂの分岐部４６Ｃから吸気弁５８に
向かって僅かに広がっていくような吸気ポート４６であ
る。このように吸気ポート４６Ａ，４６Ｂの広がりが微
小な場合は、各吸気ポート４６Ａ，４６Ｂは、ほぼ平行
であり、吸気は吸気ポート４６Ａ，４６Ｂに沿って互い
に略平行な状態で燃焼室３０に流入する。

【００２０】また、図６（ｃ）は、各吸気ポート４６
Ａ，４６Ｂは互いに平行ではあるが、２つの吸気弁５
８，５８の中心を結ぶ直線Ｌに対して、吸気ポート４６
Ａ，４６Ｂが直交せずに燃焼室３０に接続されているも
のである。これらの他に吸気が吸気ポート４６Ａ，４６
Ｂに沿って互いに略平行な状態で燃焼室３０に流入する
ものであれば、例えば、各吸気ポート４６Ａ，４６Ｂが
屈曲した曲線状の吸気ポートであっても良い。

【００２１】更に、このストレートポートの断面形状
は、図４に示すように、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂのタ
ンブル流側半部（つまりタンブル流を形成する主成分流
が流れる吸気ポート４６Ａ，４６Ｂの上側半部）４６Ａ
−１，４６Ｂ−１が、他半部（つまりタンブル流を阻止
するような成分流が流れる吸気ポート４６Ａ，４６Ｂの
下側半部）４６Ａ−２，４６Ｂ−２よりも拡幅されてお
り、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂの吸気流心Ｆ１がタンブ
ル流側（つまり吸気ポート４６Ａ，４６Ｂの上側半部４
６Ａ−１，４６Ｂ−１）へ偏心されている。これによ
り、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂからの吸気流が燃焼室３
０内でタンブル流を形成し易いようになっている。そし
て、この第１実施例では、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂ
は、図４に示すような略逆三角形の断面を有するように
形成されている。なお、図４に示す符号２１，２１は、
これらの吸気ポート４６Ａ，４６Ｂを２分するような隔
壁であり、これについては後で詳述する。

【００２２】さらに、図１に示すように、ピストン２６
の頂面には、ピストン２６が上死点に達した時にシリン
ダヘッド２８とピストン２６との間に空間が確保される
ように凹所３５が形成されている。そして、ピストン２
６の頂面には、この凹所３５に近接して、凹所３５より
も隆起した隆起部３９も設けられている。この隆起部３
９は、隆起部３９と凹所３５との間に形成された斜面３
７により、凹所３５になだらかに接続している。

【００２３】また、この凹所３５は、図示しない排気弁
の下方に形成されており、隆起部３９は吸気弁５８，５
８の下方に形成されている。したがって、図１に示すよ
うに、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂのタンブル流側半部４
６Ａ−１，４６Ｂ−１から流入した吸気流Ｆａ，Ｆｍ
は、この凹所３５から斜面３７を経て隆起部３９に達す
るようになっており、これにより、タンブル流の形成を
促進するようになっている。

【００２４】また、図１及び図５に示すように、燃焼室
３０の上方の頂部の中心部分には、着火手段としての点
火プラグ１１が配設されており、吸気ポート４６Ａ，４
６Ｂの間の基準面３上に位置している。なお、ここで基
準面３とは、両吸気ポート４６Ａ，４６Ｂの中央に位置
する仮想面である。ところで、図１〜図５に示すよう
に、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂ内にはそれぞれ吸気ポー
ト４６Ａ，４６Ｂ内を左右方向に二分するような隔壁２
１が設けられ、この隔壁２１によって、各吸気ポート４
６Ａ，４６Ｂ内では、それぞれ、吸気流の基準面３側
（点火プラグ側）の通路４とこの基準面３の外側（反点
火プラグ側）の通路５とに吸気の流れ方向に沿って二分
されている。つまり、各吸気ポート４６Ａ，４６Ｂは着
火手段側通路（中央側通路）４と反着火手段側通路（側
方通路）５とに分離されている。

【００２５】なお、隔壁２１は、図２に示すように、吸
気ポート４６Ａ，４６Ｂの軸心線１Ａ，１Ｂに沿って、
略垂直に形成されており、インジェクタ１２の配設位置
近傍から下流側に亘って延設されている。また、吸気ポ
ート４６Ａ，４６Ｂが互いに略平行であるので、これら
の隔壁２１，２１も互いに略平行に配設されている。そ
して、図３に示すように、隔壁２１は吸気ポート４６
Ａ，４６Ｂの上側壁面８から下側壁面７に亘って形成さ
れており、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂの下流側では、吸
気弁５８の軸心線２に沿って吸気弁５８の傘部５６近傍
まで延設されている。ただし、隔壁２１は吸気弁５８の
傘部５６やステム部５７には接触しないように、これら
と適当なクリアランスを確保して形成されており、吸気
弁５８の作動には何ら影響を及ぼさないようになってい
る。

【００２６】また、この隔壁２１は、吸気ポート４６
Ａ，４６Ｂ内の吸気流を中央側通路４と側方通路５とに
完全に分離するように、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂの上
流端から延設されている。したがって、吸気ポート４６
Ａ，４６Ｂ内では、吸気流が、中央側通路４と側方通路
５とに分岐して、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内に流入して、シリンダ
ボア２４の軸線と直交する横軸の周りに旋回するタンブ
ル流を形成する。この結果、このような隔壁２１によ
り、この吸気の流れは、図５に示すように、燃焼室３０
に流入すると、中央に空気と燃料とが混合された混合気
の層Ｆｍと、その両側方の空気のみの層Ｆａ，Ｆａとの
３つの層（中央側通路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
のタンブル流に形成されるようになっている。したがっ
て、本内燃機関は層状燃焼内燃機関として構成されてい
る。

【００２７】また、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂ内では、
隔壁２１の断面積分だけ吸気ポート４６Ａ，４６Ｂの断
面積が減少しているので、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂの
流量係数が低下してエンジン全開性能が低下することが
考えられる。このため、この吸気ポート４６Ａ，４６Ｂ
は、図２，図４の斜線部１３に示すように、略逆三角形
の断面の上側半部４６Ａ−１，４６Ｂ−１を、この断面
積分を相殺するように十分に大きくして、エンジン全開
時の流量係数を確保するようになっている。

【００２８】また、上述したように、隔壁２１は流量係
数を確保するためその断面積を極力小さくするのが望ま
しく、このため、隔壁２１はその厚みが極力薄くなるよ
うに形成されている。そこで、本実施例では、図２に示
すように、隔壁２１の厚みをバルブステム５７の径と同
等か、又は、これよりも少し薄くしている。これによ
り、吸気ポート４６の吸気流量を確保しながら、バルブ
ステム５７による吸気抵抗を低減することができ、吸気
は燃焼室３０に円滑に流入するようになっている。

【００２９】なお、図５において、隔壁２１については
その変形例を示しており、このように隔壁２１の厚みを
バルブステム５７の上流側では極力薄く形成し、バルブ
ステム５７に近づくにしたがって、除々にバルブステム
５７の径と略同等の厚さになるように形成しても良い。
このようにしても、吸気流の流れは、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。

【００３０】また、この図５に示す変形例では、隔壁２
１の上流端が吸気ポート４６の途中から形成されている
が、この隔壁２１は、混合気と空気とを中央側通路４と
側方通路５に分岐させて、インジェクタ１２から噴射さ
れた燃料の側方通路５への拡散を防げれば良く、隔壁２
１の上流端は、図５に示すように、必ずしも吸気ポート
４６の上流端まで延設しなくても良い。

【００３１】ところで、上述の燃料噴射手段としてのイ
ンジェクタ１２は、図１，図５に示すように、２つの吸
気ポート４６Ａ，４６Ｂの分岐部４６Ｃ付近の上部に配
設されている。また、このインジェクタ１２は２つの吸
気ポート４６Ａ，４６Ｂ間の吸気流の基準面（中心面）
３に沿って配設されており、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂ
の下流の下方に向けて燃料を噴射するようになってい
る。なお、図２，図３及び図５中の符号６はインジェク
タ噴射軸線であり、インジェクタ１２の噴射方向を示す
ものである。つまり、インジェクタ１２は、吸気ポート
４６Ａ，４６Ｂ間の上流側上方から下流側下方に向けて
燃料を噴射するようになっている。

【００３２】そして、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂ内のこ
の下方に噴射された燃料は、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂ
に設けられた隔壁２１，２１により、これら吸気ポート
４６Ａ，４６Ｂ内の中央側通路４を通じて燃焼室３０内
に吸気されるようになっており、点火プラグ１１側の両
側の側方通路５には、空気のみが流れるようになってい
る。

【００３３】また、インジェクタ１２の噴射バリエーシ
ョンとしては、両吸気ポート４６Ａ，４６Ｂの分岐部４
６Ｃの形状に応じて図７の（ａ）〜（ｄ）に示すような
タイプが考えられる。（ａ）はサイアミーズ型吸気ポー
ト４６Ａ，４６Ｂの分岐部４６Ｃに向けて燃料を噴射す
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４６Ａ，４６Ｂ内の中央側通
路４に流すようにしたものである。この吸気ポート４６
Ａ，４６Ｂ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面を有しており、この
面に衝突した燃料を拡散させるようになっている。

【００３４】次に、（ｂ）は燃料噴射孔を２つそなえた
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つ燃料の流れは、それぞれ、各吸気
ポート４６Ａ，４６Ｂの中央側通路４に直接流入してい
くようになっている。この場合は、吸気ポート４６Ａ，
４６Ｂの分岐部４６Ｃは曲面状に形成されて、吸気流の
吸入抵抗を低減している。

【００３５】また、（ｃ）のように燃料噴射孔が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、中央側通路４内に向けて直接燃料
を噴射するようにしたタイプものも考えられる。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４６Ａ，４６Ｂの分岐部４６Ｃを鋭角的に形成
している。

【００３６】また、（ｄ）は上述の（ｃ）とは逆に、燃
料を積極的に各隔壁２１，２１までに亘って広角に向け
て噴射するタイプのものである。この場合は、吸気ポー
ト４６Ａ，４６Ｂの分岐部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。そし
て、この実施例では、上述の噴射バリエーションのいず
れかを用いている。

【００３７】なお、上述の（ａ）〜（ｄ）はインジェク
タ１２の噴射バリエーションを示すものであって、イン
ジェクタ１２の配設位置や噴射軸線６はいずれも同一で
ある。本発明の一実施例としての層状燃焼内燃機関の吸
気ポート構造は、上述のように構成されているので、吸
気された空気は、インジェクタ１２で噴射された燃料と
混合されて各吸気ポート４６Ａ，４６Ｂから燃焼室３０
内に流入し、燃焼室３０内で圧縮・膨張（爆発）された
後、各排気ポート４７Ａ，４７Ｂから排気通路（図示省
略）に排出される。

【００３８】また、各吸気ポート４６Ａ，４６Ｂ内で
は、タンブル流側半部４６Ａ−１，４６Ｂ−１における
吸気流成分が、他半部４６Ａ−２，４６Ｂ−２における
吸気流成分よりも大幅に多量になる。そして、吸気ポー
ト４６Ａ，４６Ｂのタンブル流側半部４６Ａ−１，４６
Ｂ−１から燃焼室３０内に進入する吸気流成分はタンブ
ル流を形成する流れの成分であり、吸気ポート４６Ａ，
４６Ｂの他半部４６Ａ−２，４６Ｂ−２から燃焼室３０
内に進入する吸気流成分はタンブル流を阻止する成分で
あるので、上述の流量の不均衡により、タンブル流の強
さが増加されるのである。特に、吸気ポート４６Ａ，４
６Ｂの全体の流路断面積が縮小されているので、吸気ポ
ート全体の吸気流の流量（流速）を一定にしながらタン
ブル流を強化できる。

【００３９】この時、吸気に際しては、各吸気ポート４
６Ａ，４６Ｂでは、それぞれ隔壁２１により、吸気流が
内側と外側とに二分される。インジェクタ１２は、各吸
気ポート４６Ａ，４６Ｂの隔壁２１で仕切られた内側の
中央側通路４に向けて燃料を噴射するので、燃料は、吸
気ポート４６Ａ，４６Ｂの隔壁２１で仕切られた中央側
通路４にのみ送られ、この通路４では、燃料と空気とが
混合される。一方、外側の側方通路５には空気だけが送
られ、図１に示すように、燃焼室３０の中央の点火プラ
グ１１の近傍には、燃料の濃い混合気の層Ｆｍが形成さ
れ、その両隣には、空気の層Ｆａが形成される。

【００４０】特に、各吸気ポート４６Ａ，４６Ｂ及びそ
の内部に設けられた隔壁２１が略平行に配設されている
ので、図５に示すように、各吸気ポート４６Ａ，４６Ｂ
の中央側通路４から燃焼室３０に流入してきた混合気の
層Ｆｍと隔壁２１で仕切られた外側の側方通路５から燃
焼室３０に流入してきた空気の層Ｆａとが燃焼室３０内
でも分離状態を保って、層状化されるのである。つま
り、エンジンの全運転領域において、各吸気ポートから
燃焼室３０に導入される吸気流を、燃焼室３０内でシリ
ンダボア２４の軸線と直交する横軸の周りに生じる縦旋
回流を利用することにより中央のリッチな混合気の層Ｆ
ｍの旋回流と、その両側方の空気の層Ｆａの旋回流とに
層状に分離することができるのである。

【００４１】これにより、燃焼室３０全体としては、燃
料の少ない混合気が送られるが、点火プラグ１１近傍に
は着火に十分な量の燃料が送られる。このように、燃料
の混合された混合気が点火プラグ１１の近くに流通する
ので、着火性を悪化させることなく理論空燃比よりも少
ない量の燃料の混合気でエンジンを運転することがで
き、極めて低燃費な内燃機関を実現することができるの
である。

【００４２】また、このように吸気流の層状化を促進す
ることにより、燃焼室３０内のタンブル流の形成も強化
される。つまり、吸気流を各吸気ポート４６Ａ，４６Ｂ
の中央側通路４と側方通路５とに分岐させて、これらの
分岐した吸気流を平行な状態を保って燃焼室３０に流入
させることにより、吸気流が整流されてタンブル流が形
成され易くなるのである。

【００４３】ところで、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂの隔
壁２１をバルブステム５７の下流側にも設けて、吸気流
をさらに完全に混合気と空気とに分離して燃焼室３０内
に流入させることが考えられるが、このようなバルブス
テム５７の下流側の狭い空間に隔壁を設けるのは困難で
あり、製造コストや加工工数が増加してしまう。本構造
では、隔壁２１をバルブステム５７の上流側のみに設け
ているので、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂ内における隔壁
２１の加工は比較的容易であり、これにより製造コスト
を低減することができる。また、このように隔壁２１の
バルブステム５７を上流側のみに設けても、上述したよ
うな、隔壁２１をバルブステム５７よりも下流側にまで
設けた場合と比較して、有意な差が生じることがなく、
燃焼室内３０に流入する吸気流を十分層状化することが
できる。

【００４４】また、上述したように、吸気ポート４６
Ａ，４６Ｂ内に隔壁２１を設けることにより、吸気流が
整流されて、タンブル流を強化することができる。この
ような、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、図８のグラフに
示すように、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８のグラフの横軸は空燃比（Ａ／
Ｆ）であり、縦軸はＮＯｘ排出量及び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
をそなえた機関の特性を示している。また、線ａ，線ｂ
はＮＯｘ排出に関し、線ｃ，線ｄはＰｉ変動率に関して
いる。

【００４５】まず、線ａと線ｂとは、Ａ／ＦとＮＯｘ排
出量との関係を示したものであるが、この図に示すよう
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ＮＯｘの排出量がピークとなる。ま
た、このＮＯｘの排出量のピーク値自体も低減すること
ができる。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ＮＯｘの排
出量がピーク値となるＡ／Ｆがリーン側に移動する。

【００４６】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。

【００４７】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
ＮＯｘ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、燃焼限界のＡ／Ｆを向上させることができる
ことを示している。

【００４８】したがって、本構造により極めて低燃費で
あって、且つ、ＮＯｘをほとんど排出しない内燃機関を
実現することができる。また、図９，図１０に示すよう
に、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂの略逆三角形の断面の上
側半部４６Ａ−１，４６Ｂ−１を十分に大きくすること
により、エンジン全開時の流量係数を確保することがで
きる。

【００４９】つまり、図９はポート断面積と平均タンブ
ル比及び平均流量係数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し
ている。また、図９中□印は、通常のタンブル流の吸気
ポートをそなえた機関の平均流量係数を示すものであ
り、■印は、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂ断面の上側半部
４６Ａ−１，４６Ｂ−１を十分に大きした吸気ポートを
そなえた機関の平均流量係数を示すものである。

【００５０】また、○は、通常のタンブル流の吸気ポー
トをそな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４６Ａ，４６Ｂ断面の上側半部４６Ａ
−１，４６Ｂ−１を十分に大きした吸気ポートをそなえ
た機関の平均タンブル比を示すものである。そして、本
発明の吸気ポート４６Ａ，４６Ｂでは、上側半部４６Ａ
−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。

【００５１】これにより、タンブル比と流量係数との関
係は図１０に示すようなものとなる。また、この図１０
において△印は従来のタンブル流を用いた機関，☆印は
隔壁２１を設けてはいるがこの隔壁２１により吸気ポー
ト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４６Ａ，４
６Ｂ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。

【００５２】つまり、この図１０に示すように、吸気ポ
ート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
開性能の低下が考えられる。ここで、★印に示すよう
に、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂ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、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２１を設けることによる吸気ポート４６
Ａ，４６Ｂの断面積の減少を補うことができ、機関の全
開性能を確保することができるのである。

【００５３】また、図１１は機関の回転速度とトルク及
び出力とを示すものであって、図中、線ａ及び線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。

【００５４】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。したがっ
て、図１１に示すように、本構造をそなえた機関は吸気
ポート４６Ａ，４６Ｂのタンブル比及び流量係数を大き
くすることにより、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂ内に隔壁
２１，２１を設けても、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。

【００５５】このように、吸気ポート４６Ａ，４６Ｂに
隔壁２１，２１を設けて、且つ、吸気ポート４６Ａ，４
６Ｂの略逆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つこと
ができ、ＮＯｘを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。

【００５６】なお、本発明は、吸気ポート４６Ａ，４６
Ｂを２つ、排気ポート４７を１つそなえた３弁式の内燃
機関にも、上述と同様にして適用することができる。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の層状燃焼
内燃機関の吸気ポート構造によれば、２つの吸気バルブ
によってそれぞれ開閉される２つの燃焼室開口を有した
吸気ポートをそなえ、該吸気ポートからの吸気流がそれ
ぞれ燃焼室内でタンブル流となるように構成された内燃
機関において、上記燃焼室頂部の中央部分に燃焼用着火
手段が配設されるとともに、上記吸気ポートの上流部分
に燃料噴射手段が設けられて、上記の吸気ポート内を、
上記燃料噴射手段からの燃料を混合された混合気流を形
成する着火手段側通路と該燃料を混合されない空気流を
形成する反着火手段側通路とに流れ方向に沿って二分す
る隔壁が配設され、該隔壁が、該吸気ポート内の吸気バ
ルブのステムよりも上流側のポート内の上面から下面ま
でほぼ全域にわたって形成されるとともに、該隔壁の下
流端の上面側部分が上記ステムの上流側に沿い、且つ下
面側がバルブシート近傍に位置しているという簡素な構
成により、タンブル流を強化しながら、各吸気ポートか
ら吸気された吸気流を空気の層と混合気の層とに確実に
層状化することができる。つまり、エンジンの全運転領
域において、各吸気ポートから燃焼室に導入された空気
は、燃焼室内でシリンダボアの軸線と直交する横軸の周
りに旋回する３つの縦旋回流となる。そして、これら３
つの縦旋回流のうち中央の旋回流を比較的リッチな混合
気の旋回流とし、その両側方の旋回流をリーンな混合気
（又は空気）の旋回流として、縦旋回流を層状に分離す
ることができるのである。したがって、燃焼室内の全体
の空燃比が希薄であっても安定した燃焼状態を得ること
ができ、極めて低燃費な内燃機関を実現することができ
る。また、ＮＯｘ排出量も低減することができるという
利点がある。

【００５８】また、吸気ポート内の隔壁を吸気バルブの
ステムよりも上流側のみに設けることで上述の効果を得
ることができ、この上流側の隔壁については容易に加工
することができ、吸気ポートの製造コストや加工工数の
上昇を最小限に抑制することができる。

【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の
吸気ポート構造の示す模式的な斜視図である。

【図２】本発明の一実施例としての層状燃焼内燃機関の
吸気ポート構造の構成を示す模式的上面図であって図１
におけるＡ矢視図である。

【図３】本発明の一実施例としての層状燃焼内燃機関の
吸気ポート構造の構成を示す模式的な部分断面図であっ
て図２におけるＣ−Ｃ断面図である。

【図４】本発明の一実施例としての層状燃焼内燃機関の
吸気ポート構造の構成を示す模式的な部分断面図であっ
て図３におけるＢ−Ｂ断面図である。

【図５】本発明の一実施例としての層状燃焼内燃機関の
吸気ポート構造の構成を示す模式図である。

【図６】本発明の一実施例としての層状燃焼内燃機関の
吸気ポート構造の構成を示す模式図であって吸気ポート
の配設状態を示す模式図である。

【図７】本発明の一実施例としての層状燃焼内燃機関の
吸気ポート構造における燃料噴射の仕方のバリエーショ
ンを示す模式図である。

【図８】本発明の一実施例としての層状燃焼内燃機関の
吸気ポート構造の効果を示すグラフである。

【図９】本発明の一実施例としての層状燃焼内燃機関の
吸気ポート構造の効果を示すグラフである。

【図１０】本発明の一実施例としての層状燃焼内燃機関
の吸気ポート構造の効果を示すグラフである。

【図１１】本発明の一実施例としての層状燃焼内燃機関
の吸気ポート構造の効果を示すグラフである。

【図１２】従来の層状燃焼内燃機関の吸気ポート構造を
燃焼室回りと併せて示す模式的な縦断面図である。

【図１３】従来の層状燃焼内燃機関の吸気ポート構造を
燃焼室回りと併せて示す模式的な斜視図である。

【図１４】従来の層状燃焼内燃機関の吸気ポート構造の
吸気の流れ方向に直行する面の模式的な断面図（図１２
のＤ−Ｄ矢視断面図）である。

【図１５】従来の層状燃焼内燃機関の吸気ポート構造の
吸気の流れ方向に直行する面の模式的な断面の他の例を
示す断面図（図１２のＤ−Ｄ矢視断面に対応する図）で
ある。

【図１６】従来の層状燃焼内燃機関の吸気ポート構造の
他の例を示す模式的な縦断面図である。

【図１７】従来の層状燃焼内燃機関におけるタンブル流
による効果を示すグラフである。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ吸気ポート軸心線２吸気弁軸心線３吸気ポート基準面４着火手段側通路又は中央側通路５反着火手段側通路又は側方通路６インジェクタ噴射軸線７吸気ポート下側壁面８吸気ポート上側壁面１１着火手段としての点火プラグ１２燃料噴射手段としてのインジェクタ１３吸気ポート斜線部２１隔壁２２シリンダブロック２４シリンダボア２５シリンダ２６ピストン２８シリンダヘッド３０燃焼室３４ペントルーフ３５凹所３７斜面３９隆起部４０′，４２′ 吸気通路４６，４４′，４０Ｆ，４２Ｆ吸気ポート４６Ａ，４６Ｂ吸気ポート部分４６Ａ−１，４６Ｂ−１吸気ポートの上側半部４６Ａ−２，４６Ｂ−２吸気ポートの下側半部４６Ｃポート隔壁又は、ポート分岐部４７，４７Ａ，４７Ｂ排気ポート５６バルブ傘部５７バルブステム部５８吸気弁５９排気弁６０排気通路Ｆａ空気のタンブル流Ｆｍ混合気のタンブル流Ｆ１吸気ポート内の流心Ｌ直線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大森祥吾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 (56)参考文献特開昭60−233314（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−15628（ＪＰ，Ａ) 実開平３−49371（ＪＰ，Ｕ) 実開平１−125863（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−204922（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02M 69/00 360 B F02B 17/00 D F02B 31/00 301 B

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの吸気バルブによってそれぞれ開閉
される２つの燃焼室開口を有した吸気ポートをそなえ、
該吸気ポートからの吸気流がそれぞれ燃焼室内で層状タ
ンブル流となりうるように構成された層状燃焼内燃機関
において、上記燃焼室頂部の中央部分に燃焼用着火手段が配設され
るとともに、上記吸気ポートの上流部分に燃料噴射手段が設けられ
て、上記の吸気ポート内を、上記燃料噴射手段からの燃料を
混合された混合気流を形成する着火手段側通路と該燃料
を混合されない空気流を形成する反着火手段側通路とに
流れ方向に沿って二分する隔壁が配設され、該隔壁が、該吸気ポート内の吸気バルブのステムよりも
上流側のポート内の上面から下面までほぼ全域にわたっ
て形成されるとともに、該隔壁の下流端の上面側部分が
上記ステムの上流側に沿い、且つ下面側がバルブシート
近傍に位置していることを特徴とする、層状燃焼内燃機
関の吸気ポート構造。